重庆不锈钢水箱蓄热水箱的热分层研究进展
来源:    发布时间: 2018-02-28 17:34   297 次浏览   大小:  16px  14px  12px
    随着能源枯竭、环境污染问题的日益严重,人们越来越关注可再生能源的开发和利用,其中太阳能作为一种清洁的可再生能源,正得到广泛的应用,太阳能热水系统是太阳能热利用较为成熟和有效的方式之一。太阳辐射的不连续性
    随着能源枯竭、环境污染问题的日益严重,人们越来越关注可再生能源的开发和利用,其中太阳能作为一种清洁的可再生能源,正得到广泛的应用,太阳能热水系统是太阳能热利用较为成熟和有效的方式之一。太阳辐射的不连续性变化会引起集热器获取太阳能量的不稳定,因此,蓄热装置的设置成为解决这一问题的重要途径,太阳能热水系统中常采用蓄热水箱来存储热能。
    蓄热水箱内底部的低温水进入太阳能集热器,经加热后输送到水箱顶部。由于水箱内水的温度分布不同,引起密度的不同,温度高的水密度较小则上升到水箱顶部,温度低的水密度较大则下沉到水箱底部,从而在蓄热水箱内形成了不同程度的热分层情况。合理利用水箱热分层可以降低太阳能集热器进口温度,减少传热损失,提高集热器效率;同时也能增加可被利用的高温水量,减少辅助加热量,从而提高太阳能利用的系统效率。因此,要使蓄热水箱内保持良好的热分层,则需要研究影响热分层现象的相关因素。
    文中综述了国内外学者对太阳能热水系统蓄热水箱热分层现象的研究进展,介绍蓄热水箱热分层现象,蓄热水箱热分层的数学模型及影响因素,并展望了蓄热水箱热分层研究的发展方向。
    1 重庆不锈钢水箱蓄热水箱的热分层简介
    20世纪70年代以来,蓄热水箱热分层得到广泛的研究,国内外学者对蓄热水箱热分层进行了大量的分析性模拟,研究表明了热分层能够有效的提高储能性能。过去大量的文献综述了太阳能热水系统蓄热水箱的热分层现象[1],太阳能热水系统的部件组成一般包括有集热器、蓄热水箱、循环水泵、控制系统及相关附件,某些情况下还增加了辅助能源。
    该系统主要由三个部分组成:太阳能集热器加热循环回路,热用户侧循环回路,热分层蓄热水箱。集热器加热循环回路主要是负责加热进入蓄热水箱顶部的水,热用户侧是能量利用的过程,蓄热水箱则是将这两个循环回路连接起来。
    在蓄热水箱的动态用能过程中,由于温度不同,由密度梯度形成的浮生力使水箱内部水体存在热分层现象;温度高的水因密度小上升到水箱顶部,温度低的水因密度大下沉到水箱底部,水箱内低温区的水流向太阳能集热器,高温区的水流向热用户侧。热分层则被称作为“热碍”,能够分离冷热流体而且也能维持垂直方向上温度分层的稳定或密度梯度的稳定。
    为了维持蓄热水箱内热分层的稳定性,应该使冷热水的混合程度小化。在某些条件下,水箱中冷水向下流动会携带着热流体,使冷热流体混合,从而破坏了水箱顶部热水和底部冷水之间形成的温度梯度或温跃层。通常这种破坏将产生于水箱入口处的小区域上,但在有利的条件下,冷热水混合能扩展到整个蓄热水箱内。在动态运行过程中湍流的产生也会引起冷热水的混合,从而破坏了水箱内的热分层。
    2 重庆不锈钢水箱热分层的数学模型研究进展
    热分层是一种耦合了传热和流体运动的复杂现象,根据水箱的实际物理模型,国内学者逐步开发了基于质量、能量守恒的一维数学模型和更为复杂的多维数学模型。一维模型因其简单性应用较为广泛,多维模型则需要涉及更多的影响因素,可用于模拟复杂的流动和耦合的物理问题,并能评价水箱内运行条件和几何参数的性能,从而成为蓄热水箱设计优化和验证的重要数学模拟工具。
    2.1 一维模型
    国内外学者对热分层的一维模型研究主要集中在20世纪70~90年代,其中主要的模型形式有多节点模型、插栓流模型和羽流卷吸模型。