【摘要】：太陽能熱水器是對太陽能最普遍的一種利用方式,本文提出將環(huán)路熱管技術(shù)應(yīng)用于太陽能熱水器,以達到能夠穩(wěn)定地遠距離、反重力輸送熱量的目的。根據(jù)設(shè)計要求,設(shè)計并搭建了一套以乙醇為工質(zhì)的平板型太陽能熱水器環(huán)路熱管實驗系統(tǒng),并針對該系統(tǒng)的啟動特性、變功率特性和反重力性能進行了大量研究;同時運用Matlab/Simulink對該平板型太陽能熱水器環(huán)路熱管系統(tǒng)的動態(tài)運行進行了仿真研究,主要研究成果如下:(1)對所設(shè)計的板式分離型太陽能熱水器環(huán)路熱管系統(tǒng)的啟動特性進行了研究。結(jié)果表明,系統(tǒng)的最低啟動功率為150W;系統(tǒng)出現(xiàn)失效的極限加熱功率是800W,高于極限加熱功率會使毛細芯“燒干”,系統(tǒng)失效;系統(tǒng)加熱功率越大,所需啟動時間越短。(2)分別選擇三種變功率方式,研究了該系統(tǒng)的變功率特性,并在開環(huán)狀態(tài)下研究了該系統(tǒng)的反重力特性。實驗發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)對功率的突變有較好的自適應(yīng)能力。系統(tǒng)加熱功率低于最小啟動功率或高于極限功率,甚至已經(jīng)失效時,仍可以通過調(diào)節(jié)加熱功率使系統(tǒng)恢復(fù)到正常運行狀態(tài)。該系統(tǒng)的最大反重力高度為25mm。其性能不佳的原因主要是毛細芯孔徑較大,所形成的最大毛細抽吸力不足,以及系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)流動損失較大。且系統(tǒng)在反重力狀態(tài)下的啟動過程更加平穩(wěn)。(3)運用Matlab/Simulink對該實驗系統(tǒng)進行建模與動態(tài)仿真,并驗證了該模型及仿真方法的可靠性。通過分別對比300W加熱功率的啟動過程和隨機變功率過程的仿真結(jié)果與實驗結(jié)果,得出仿真結(jié)果與實驗結(jié)果的溫度變化情況基本一致,數(shù)值平均誤差為1.78%,吻合程度較高。(4)對該系統(tǒng)的變功率運行進行仿真計算,分別分析了系統(tǒng)中工質(zhì)流動的壓力損失和冷凝管內(nèi)兩相區(qū)長度隨功率改變的變化情況。結(jié)果表明,系統(tǒng)中工質(zhì)流動的壓力損失主要集中在蒸汽段,且功率越大工質(zhì)的流動損失越大。因此可通過改造系統(tǒng)蒸汽段的結(jié)構(gòu)來減小工質(zhì)的流動損失。另外冷凝管內(nèi)兩相區(qū)的長度隨加熱功率增大而增大,可以為冷凝器的設(shè)計選型提供參考。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK515

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本文編號：2697348