多热源双螺旋管水箱换热性能研究及优化

摘要

根据建筑气候区划，我国大部分中南部地区属于寒冷地区和夏热冬冷地区，对冬季分散式供暖的需求日益迫切。本文在总结了前人对住宅多能源互补供暖系统的相关研究基础之上，提出以空气源热泵和太阳能集热为热源的“2+2”家用组合供暖系统，为我国中南部地区家庭提供冬季采暖和生活热水。作为系统的换热核心，多热源双螺旋管水箱的换热性能研究和优化即为本文的研究内容和目的。
　　首先，基于传热学中对流换热理论对某家用型多热源双螺旋管水箱建立传热数学模型。利用ANSYS ICEM CFD建立多热源双螺旋管水箱的三维几何模型，介绍CFD数值模拟方法的相关理论并建立起CFD传热模拟计算模型；然后设计不同组合工况，将多热源双螺旋管换热水箱实体同热源与负荷末端组合，构成“2+2”家用组合供热系统后对水箱的换热性能进行实验测量。利用实验工况的四循环进出水箱逐时数据进行瞬态模拟，验证多热源双螺旋管水箱传热数值计算模型的正确性；最终通过调整该水箱结构中螺旋管循环流向、直通入流管位置及流向、直通入流管径和水箱高径比这四个可控变量，实现多种热源（负荷）循环在双螺旋管水箱内换热效率优化提升的研究目的。
　　研究结果表明：在保证系统四大换热循环进水箱温度和流量参数不变的前提下，将螺旋管换热器内部工质的流向调整为逆流，并通过调整入流管方向形成大区域集中的温度分区，更大范围地覆盖螺管换热器，有利于水箱换热；不同高径比的水箱总换热量随入流管径的变化趋势不同，其中高径比n=3.5﹕1的水箱总换热量随入流管径的增大存在峰值，最佳高径比和入流管径的组合是n=3.5﹕1，φ=DN25。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题提出的背景

1.2 “2+2”家用组合供热系统

1.3 换热水箱温度分层研究现状

1.4 本文研究目的和内容

1.5 论文架构

第2章 多热源双螺旋管水箱传热模型的建立

2.1 对流换热数值传热学微分控制方程

2.2 多热源双螺旋管水箱CFD模拟模型的建立

2.3 本章小结

第3章 多热源双螺旋管换热水箱换热性能实验验证

3.1 实验简介

3.2 实验数据统计分析

3.3 数值模拟方法的验证

3.4 本章小结

第4章 多热源双螺旋管水箱换热性能优化

4.1 水箱换热性能优化策略的提出

4.2 螺旋管循环流向优化

4.3 水箱结构优化

4.4 换热性能优化总结

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 本文结论

5.2 课题展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢