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系統識別號 U0002-2107201014504900
中文論文名稱 太陽能熱儲存槽之模擬
英文論文名稱 Simulation of a solar thermal storage tank
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學工程與材料工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemical and Materials Engineering
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 蔡辰怡
研究生英文姓名 Chen-Yi Tsai
學號 697401130
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-07-16
論文頁數 70頁
口試委員 指導教授-吳容銘
委員-何啟東
委員-黃國楨
委員-李篤中
委員-林仁斌
中文關鍵字 計算流體力學  模擬  熱儲存槽  太陽能 
英文關鍵字 CFD  simulation  thermal tank  solar energy 
學科別分類
中文摘要 本篇文章中配合實驗儲存槽整體結構,利用GAMBIT繪製與實驗相同的幾何結構,再使用FLUENT設定邊界條件、液體性質等設定,並讀取運算出的數據與溫度分層圖。
儲存槽體積為61.6L,槽內放置熱管與冷管的熱交換器,分別將340K熱水,流率為0.471 l/min通入熱管中,另外將300K冷水,流率為0.094 l/min通入冷管。實驗數據與使用FLUENT模擬後的數據作比較,確定模擬的設定能夠符合實驗後,改變冷熱水進口溫度、冷熱水進口流率、盤管與槽內液體的接觸面積、流體種類等各種方式,對儲存槽內溫度分層狀況以及冷水出口影響。
英文摘要 The study reveals that good agreement between simulation and experimental results was achieved. GAMBIT can plan the same geometry structure with experimental, and use FLUENT to establish boundary condition, liquid properties. We read the data and the temperature contours from Fluent.
The heat exchanger flow rate and surface area are important factors to increase the performance of solar thermal systems. The paper deals with flow rate and surface area in closed loop flat plate solar collector systems. The system employs a flat-plate collector with a surface area of 3.6 m2 to drive a storage thermal tank (61.6 L). The heat and cold pipe heat exchangers in the storage tank. The rate of discharge is 0.471 l/min passes over in the heat pipe, and the rate of discharge is 0.094 l/min passes over the cold tube. The performance of this system is presented and compared with simulated results.
論文目次 目錄

中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 VII

第一章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 太陽能應用 2
1.3 太陽能熱流系統分類 4
1.3.1 太陽能熱流器的構造 5
第二章 文獻回顧 7
2.1 熱分層 7
2.2 增加熱分層的方式 8
2.3 儲存槽設計 8
2.3.1 直接式 8
2.3.2間接式熱傳 8
2.4 其他影響熱分層的因素 12

第三章 理論分析 13
3.1 模擬軟體與計算模式簡介 13
3.1.1 數值模擬步驟 13
3.2 統御方程式 15
3.3 溫度分層數 16
第四章 實驗裝置與模擬設定 17
4.1 實驗裝置 17
4.1.1 熱儲存槽結構 17
4.1.2 溫度點測量 18
4.1.3 實驗分析儀器 19
4.1.4 實驗步驟 19
4.2 模擬設定 21
4.2.1 模擬雙盤管整體架構與網格 21
4.2.2 模擬熱管則環繞冷管整體架構與網格 21
4.3 改變邊界條件 24
4.3.1 雙盤管模擬之改變熱流進口溫度與槽起始溫度 24
4.3.2 雙盤管模擬之改變冷、熱流進口流率 24
4.3.3 雙盤管模擬之改變增加管徑 24
4.3.4 雙盤管模擬之改變增加圈數 26
第五章 結果與討論 28
5.1 雙盤管實驗與模擬比較 28
5.1.1 熱流進口340K,槽起始溫度310K 28
5.1.2 熱流進口340K,槽起始溫度320K 34
5.1.3 熱流進口340K,槽起始溫度310K與320K比較 39
5.2 改變熱流進口溫度與槽的起始溫度 40
5.2.1 改變熱流進口溫度,槽的起始溫度固定於310K 40
5.2.2 改變槽的起始溫度,熱流進口溫度固定 41
5.3 改變冷熱流進口流率 47
5.3.1 改變冷流進口流率 47
5.3.2 改變熱流進口流率 48
5.4 改變冷熱管半徑 50
5.5 改變冷熱管圈數 52
5.6 海水與水比較 54
5.7 冷熱流分開進入 57
5.7.1 先進熱流,冷流暫停 57
5.7.2 進冷流,熱流暫停 59
5.8 每隔30分鐘改變熱流進口溫度 60
5.9 熱管環繞冷管模擬溫度分布 62
第六章 結論 66
符號說明 68
參考文獻 69

圖目錄

第一章
圖1.1 太陽能各種使用方式 4
圖1.2 加熱循環方式 5

第二章
圖2.1 三種間接式熱傳設計方式 9
圖2.2 三種浸入式盤管交換器 10
圖2.3 外部熱管交換 11
圖2.4 二種金屬熱交換器 (a)躺臥式金屬交換器 (b)直立式金屬交換器 12
圖2.5 三種不同冷流進口設計 (a)楔子形 (b)排孔 (c)溝槽狀 12

第三章
圖3.1 數值模擬步驟 14

第四章
圖4.1 實驗流程圖 17
圖4.2 太陽能儲存槽內的結構圖 18
圖4.3 太陽能儲存槽頂部置入熱耦計之位置 20
圖4.4 使用Gambit模擬雙盤管儲存槽 22
圖4.5 實驗熱儲存槽內部結構 22
圖4.6 使用Gambit模擬儲存槽內部結構 熱管環繞冷管 23
圖4.7 使用Gambit改變管半徑分別為0.75公分與0.5公分 25
圖4.8 使用Gambit改變管半徑為0.75公分 25
圖4.9 使用Gambit改變管圈數分別為8圈與12圈 27
圖4.10 使用Gambit改變管圈數12圈 27

第五章
圖5.1 雙盤管模擬60分鐘XZ切面溫度分層比較 29
圖5.2 雙盤管模擬120分鐘XZ切面溫度分層比較 29
圖5.3 雙盤管模擬XZ切面槽內速度場 30
圖5.4 雙盤管模擬YZ切面槽內速度場 30
圖5.5 雙盤管模擬與實驗60分鐘時在各點溫度比較 31
圖5.6 雙盤管模擬與實驗120分鐘時在各點溫度比較 32
圖5.7 雙盤管模擬與實驗180分鐘時在各點溫度比較 32
圖5.8 槽起始溫度310K,儲存槽中不同高度溫度的測量 33
圖5.9 儲存槽中溫度分層 34
圖5.10 雙盤管模擬60分鐘XZ切面溫度分層 35
圖5.11 雙盤管模擬120分鐘XZ切面溫度分層 35
圖5.12 雙盤管模擬與實驗60分鐘時在各點溫度比較 36
圖5.13 雙盤管模擬與實驗120分鐘時在各點溫度比較 37
圖5.14 雙盤管模擬與實驗180分鐘時在各點溫度比較 37
圖5.15 槽起始溫度320K,儲存槽中不同高度溫度的測量 38
圖5.16 改變槽的起始溫度310K與320K,C2點溫度比較 39
圖5.17 改變熱管進口溫度不同時間於C2點溫度比較 40
圖5.18 改變熱管進口溫度不同時間於C4點溫度比較 40
圖5.19 熱流進口溫度330K,C2點溫度隨時間的變化 42
圖5.20 熱流進口溫度340K,C2點溫度隨時間的變化 42
圖5.21 熱流進口溫度350K,C2點溫度隨時間的變化 43
圖5.22 熱流進口溫度360K,C2點溫度隨時間的變化 43
圖5.23 熱流進口溫度330K,冷流出口溫度隨時間的變化 44
圖5.24 熱流進口溫度340K,冷流出口溫度隨時間的變化 45
圖5.25 熱流進口溫度350K,冷流出口溫度隨時間的變化 45
圖5.26 熱流進口溫度360K,冷流出口溫度隨時間的變化 46
圖5.27 改變冷管流率60分鐘時溫度分層比較 47
圖5.28 改變冷管流率冷流出口溫度隨時間變化比較 48
圖5.29 改變熱管流率60分鐘時溫度分層比較 49
圖5.30 改變熱管流率冷流出口溫度隨時間變化比較 49
圖5.31 四種不同管半徑在60分鐘槽中的熱分層比較 50
圖5.32 四種不同管半徑冷流出口隨時間溫度變化 51
圖5.33 四種不同管圈數在槽中的熱分層比較 52
圖5.34 四種不同管圈數冷流出口隨時間溫度變化 53
圖5.35 海水與水比較於60分鐘溫度分層比較 54
圖5.36 海水與水於120分鐘溫度分層比較 55
圖5.37 海水與水於180分鐘溫度分層比較 55
圖5.38 冷流管溫度出口比較 56
圖5.39 海水溫度分層隨著時間變化 56
圖5.40 僅有熱流與同時有冷熱流60分鐘時在各點溫度比較 57
圖5.41 僅有熱流與同時有冷熱流120分鐘時在各點溫度比較 58
圖5.42 僅有熱流與同時有冷熱流180分鐘時在各點溫度比較 58
圖5.43 僅有冷流與同時有冷熱流冷流出口溫度隨時間的變化 59
圖5.44 每隔30分鐘改變熱流進口溫度 60
圖5.45 改變熱流進口溫度冷流出口溫度隨時間比較 61
圖5.46 熱管環繞冷管模擬60分鐘YZ切面溫度分層比較 63
圖5.47 熱管環繞冷管模擬120分鐘YZ切面溫度分層比較 63
圖5.48 雙盤管與熱管環繞冷管,模擬60分鐘溫度分層比較 64
圖5.49 雙盤管與熱管環繞冷管,冷流出口溫度隨時間比較 65

參考文獻 1.日本太陽能學會 編著, 圖解太陽能應用技術, 世茂出版有限公司 2-13, 62-90(2009).
2.Fraser, K. F., Hollands, K. G. T., and Brunger, A. P. “An empirical model for natural convection heat exchangers in SDHW systems.” Solar Energy, 55, 75-84 (1995).
3.Haller, M. Y., Cruickshank, C. A., Streicher, W., Harrison, S. J., Andersen, E., Furbo, S. “Methods to determine stratification efficiency of thermal energy storage processes – Review and theoretical comparison.” Solar Energy, 83, 1847–1860 (2009).
4.Haltiwanger, J. F. Davidson, J. H. “Discharge of a thermal storage tank using an immersed heat exchanger with an annular baffle.” Solar Energy, 83, 193–201 (2009).
5.Han, Y.M., Wang, R.Z., Dai, Y.J. “Thermal stratification within the water tank.” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13, 1014–1026 (2009).
6.Hegazy, A. A., Diab, M. R. “Performance of an improved design for storage-type domestic electrical water-heaters.” Applied Energy, 71, 287–306 (2002).
7.Hegazy, A. A. “Effect of inlet design on the performance of storage-type domestic electrical water heaters.” Applied Energy, 84, 1338–1355 (2007).
8.Kenjo, L., Inard, C., Caccavelli, D. “Experimental and numerical study of thermal stratification in a mantle tank of a solar domestic hot water system.” Applied Thermal Engineering, 27, 1986–1995 (2007).
9.Knudsen, S. Consumers influence on the thermal performance of small SDHW systems theoretical investigations. Solar Energy 73 (1), 33–42 (2002).
10.Spur, R., Fiala, D., Nevrala, D., Probert, D. “Performances of modern domestic hot-water stores.” Applied Energy, 83, 893–910 (2006).
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2010-07-29公開。
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