室内设计水管论文提纲

论文题目：太阳能热水相变炕的蓄放热特性研究与适宜性分析

摘要：我国北方农村地区冬季寒冷,主要取暖方式为传统火炕。而传统火炕普遍存在炕面温度分布不均、室内环境差、燃料消耗量大等弊端。在能源短缺的今天,急需对传统火炕进行改造与创新。太阳能是一种清洁、免费、间歇的可再生能源,而相变储能技术可解决太阳能量供求在时间和空间上不匹配的问题。一些学者对结合这些新技术的炕进行了研究,但目前大多采用实验手段并处于探究阶段,得到太阳能热水相变炕的炕面温度及室内热舒适性均有所提高。但并未具体对相变炕本身的蓄放热特性及太阳能热水相变炕的太阳能贡献率等进行过研究。因此,本文采用数值模拟的方法对相变炕的蓄放热特性以及相关影响因素进行分析,并进一步研究了太阳能热水相变炕在不同地区的适宜性,为太阳能热水相变炕在我国北方地区的发展提供了理论基础。利用Fluent建立了二维相变炕传热数值模型,并对文献中的模型进行模拟,计算结果与文献吻合,从而验证了本文计算方法的正确性。然后以炕体蓄放热量、相变材料的液相率及炕面温度等为性能参数,对比分析了相变填充和混凝土填充两种炕的性能。在设定工况下,相变炕的全天得热量提高了66.36%、上炕面日间与夜间稳定温度分别提高2℃和4℃、上炕面最大温差由3.7℃降至0.8℃。因此,相变炕具有蓄放热量大、上炕面温度较高、炕面温度分布均匀和保温性能好等优点。随后采用单因素法研究了相变材料的相变温度、相变潜热、导热系数对炕的蓄放热性能的影响规律。在本文计算条件下,综合考虑,应选择相变温度为35℃、相变潜热为150kJ·kg-1和导热系数为0.149W·（m·K）-1的相变材料作为炕体填充最为合适。考虑适当减少填充层厚度,并通过添加辅助热源来提高夜间上炕面温度。基于正交试验法分析了相变炕的热水管温度、相变层厚度、热水管位置及其交互作用对炕的蓄放热性能影响的敏感性。发现热水管温度和相变层厚度较热水管位置影响较大。热水管温度越高、相变层越厚越有利于炕的蓄放热过程,热水管位于相变层偏下方的位置则更为合理。各因素在交互作用中,相变层厚度和热水管位置存在的交互作用对炕的蓄放热性能有一定影响,其他因素之间几乎可视作无交互作用影响。最后,为相变炕添加了电辅热层,并研究了太阳能热水相变炕在不同地区的适宜性。选取具有代表性的典型地区,根据其采暖期的日均辐照量对不同地区炕的相变层厚度进行设计计算,后使用了采暖期平均的逐时数据对太阳能热水相变炕进行了模拟。结果得到哈尔滨、北京和银川的太阳热水相变炕在模拟工况下太阳能贡献率分别可达到49.9%、70.1%和76.5%。太阳能热水相变炕基本保证了人体在进行睡眠活动时的夜晚炕面的舒适性。证明了太阳能热水相变炕在我国北方多地区均具有良好的效果。

关键词：太阳能;相变材料;炕;蓄放热特性;数值模拟

学科专业：供热、供燃气、通风及空调工程

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 研究现状及存在的问题

1.2.1 传统火炕的发展

1.2.2 太阳能低温热水地板辐射供暖研究

1.2.3 相变材料储热在建筑的应用

1.2.4 太阳能热水相变炕

1.2.5 存在的问题

1.3 研究内容及方法

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

1.4 本章小结

第2章 相变炕的传热数理模型和数值计算方法

2.1 数理模型

2.1.1 物理模型

2.1.2 数学模型

2.2 数值计算方法

2.3 实验验证

2.4 本章小结

第3章 相变炕的蓄放热特性和影响因素分析

3.1 相变炕的蓄放热特性

3.1.1 蓄热特性

3.1.2 放热特性

3.2 相变材料热物性参数对炕的蓄放热特性影响

3.2.1 相变温度

3.2.2 相变潜热

3.2.3 导热系数

3.3 外部因素对炕的蓄放热特性影响的正交试验

3.3.1 正交试验设计方案

3.3.2 正交试验分析方法

3.3.3 正交试验模拟结果及分析

3.4 本章小结

第4章 太阳能热水相变炕传热模型建立和供暖性能研究

4.1 太阳能热水相变炕概述

4.1.1 工作原理

4.1.2 性能参数

4.2 模型建立

4.2.1 相变炕

4.2.2 太阳能集热器

4.2.3 电辅热层

4.3 太阳辐照度和室外空气温度对太阳能热水相变炕供暖性能影响

4.3.1 太阳辐照度

4.3.2 室外空气温度

4.4 本章小结

第5章 太阳能热水相变炕的适宜性分析

5.1 不同地区的选取

5.2 模拟结果及分析

5.2.1 集热器效率

5.2.2 相变材料的液相率

5.2.3 上炕面温度

5.2.4 太阳能贡献率

5.3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献