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《天津大学》 2017年
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环境对太阳能增强型冷却塔换热性能影响的数值模拟

王秋环  
【摘要】:为了解决干旱地区自然通风冷却塔效率低的问题,在自然通风冷却塔和太阳能烟囱发电技术的基础上提出了太阳能增强型冷却塔,这是一种利用太阳能提高空气流速、空气质量流量和换热率的新型冷却塔。论文对太阳能增强型冷却塔内的气体流动和传热过程进行数学研究分析,并建立可详细描述太阳能增强型冷却塔系统内太阳能传递过程和空气流动的数学模型。为数值模拟计算选择更合理的数值模型及设置边界条件,以及模拟结果的分析奠定了理论基础。明确太阳能增强型冷却塔的物理结构尺寸及各材料的物理性质。采用Gambit建立三维结构模型,并正确划分网格。应用CFD模拟软件Fluent进行数值模拟计算,根据数学分析合理选择计算方法,验证网格的独立性及通过与相同工况下的Matlab编程计算结果对比验证数值模型的正确性。通过对比和分析数值模型中相同工况条件下,采用辐射模型模拟集热器中太阳能传递的过程,以及将太阳辐射设置为储存在蓄热层表面薄层中的内热源,发现将太阳辐射作为内热源计算的换热率比采用辐射模型换热率高1.15%,忽略辐射模型后的换热量偏高,因此辐射模型更能客观准确地模拟集热器中太阳能的传热过程。以不同环境参数为变量对太阳能增强型冷却塔进行数值模拟,发现太阳辐射强度或环境压强增加均能提高空气质量流量和换热率,太阳辐射增加了900 W/m~2,换热率能提高1.1%;而环境温度升高会导致空气质量流量下降,尤其是换热率会大幅降低,环境温度升高1.5℃,换热率降低5.77%。当多项环境参数同时变化时,太阳辐射和环境压强增大一定量时,能弥补因环境温度小幅升高而降低的空气质量流量,但是只能弥补部分因环境温度变化降低的换热率。环境压强较低的情况下,空气质量流量随太阳辐射强度增强的增长率增大,而换热率随太阳辐射的增长率在环境压强较大时也会增加。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TK51

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