太阳能热水工程、热水器保温水箱分析报告一

本研究旨在评估太阳能热水器这一重要设备的标准保温水箱内的热分层。多个不同位置的平板集成在一个垂直油箱原型内。本研究的目的是数值研究垂直储罐内的平板位置(在充电模式下工作)对热分层的影响，并进行可能的性能改进。对两种构型进行了CFD数值比较，计算了温度演化、理查森数和分层数等性能参数。结果表明，储罐内的热分层与平板位置有关。因此，在储罐内不同位置增加平板并不能建立合适的热分层。因此，保持在储罐中间高度的平板具有较好的热性能。研究还发现，平板在不同角度上的整合促进了温跃层结构的发育。
太阳能储罐的热分层对太阳能热水系统的热性能有重要影响。
保持温跃层的稳定性和分层是提高因生产和需求之间的滞后时间而紧张的蓄热设备的效率，或对不规则的可用能源的有效解决办法。由于其简单、成本低廉，特别是在太阳能、空调、制冷等方面的应用，使得显热蓄热系统得到了广泛的应用。储水罐由于其低成本、丰富性和良好的水热性能，为这些系统提供了一个有吸引力的选择。
通过提高热分层程度，可以获得良好的储水箱性能，并大幅度提高总效率，这已成为各种数值研究的课题。例如Bonanos和Votyakov(2016)实现了对跃层蓄热罐设计的敏感性分析。他们发现，温跃层对储罐的高度和填料的性能很敏感。流体性质、颗粒大小、空隙率和充注时间对其性能有二次影响传热流体的粘度对热斜厚度的影响可以忽略不计。此外，Erdemir和Altuntop(2016)分析了带有四个障碍物的垂直有顶盖热水罐的热分层。他们发现，将障碍物放置在内水箱的垂直有顶盖的热水箱中，可以改善热分层。在距罐底距离Y = 200mm和Y = 300mm之间，得到了最佳的热分层。最近，Fan和Furbo(2012)提出了热分层的数值研究——由立式圆柱形热水箱的待机热损失表列。他们得到了一个广义方程，并将其应用于现有坦克优化设计程序中，以估计其热性能。
Gandhi et al.(2013)对集中加热圆柱形储罐内的流动模式和温度进行了评估，并研究了导流管、翅片和展弦比等被动装置对分层的影响。结果表明，采用合适的翅片尺寸和合适的位置，可以大大缩短混合时间和分层。实验结果与传热系数预测值吻合较好。Garcia-Mari等人(2013)在两个进水口装置的基础上，开发了一种新的进水口装置，增加了储水箱在充电时的热分层
传统的进口弯头和烧结青铜锥形扩压器。结果表明，采用锥形扩压器作为热水入口有利于水的热分层。此外，Goppert等人(2009)提出了一种新的太阳能储罐分层管道计算方法，使结构效应的估计和单个流体流动变化的确定成为可能。通过与CFD计算结果的比较，得出了一种简单的装药系统。Joseph等(2016)研究了盐化厚度对低温储罐压力演化和热分层的影响。结果表明，在保温厚度较低的情况下，保温厚度的减小会增加罐体的压升和分层质量。此外，Kong等(2016)对蓄热水箱开孔筒内的热分层进行了CFD模拟。研究结果表明，罐内筒体起到均匀扩散的作用，使罐内水形成热分层。
从文献调查中可以看出，抽放和装热水会严重影响小型太阳能家用储罐的热分层和整体效率，Jordan和Furbo(2005)在最近的工作中对此进行了详细阐述。此外，通过Yee和Lai(2001)的工作研究了多孔管汇对储液罐内热分层的影响。此外，使用不同的入口分层器会严重分配热分层Dragsted等(2017)。此外，Wang和Davidson(2015)在寻找最佳工作点的基础上，提出了多孔管热分层流形的渗透率选择，以提高其性能。最后，Brown和Lai(2011)对集成多孔管汇的储液罐内的热分层进行了实验研究。
Brown和Lai(2011)通过实验研究了多孔管汇液体储罐内的强化热分层及其有效性。此外，Wang和Davidson(2017)研究了刚性多孔管分层流形与进气管的性能对比。此外，Haller et al.(2010)提出了一种新的方法，可以独立于储能过程的热损失计算出储能过程的分层效率。Brown和Lai(2011)对不同HTFs的单罐斜温系统进行了数值分析，研究了CSP厂单罐斜温存储系统的性能。
利用CFD模拟方法，对近年来国内外开展的几项旨在评价和优化蓄热水箱节能性能的研究进行了分析。在stuu -die槽内集成了一个开孔圆筒(ICO)， Allouche等人(2016)验证了一个CFD模型，该模型用于模拟管中罐PCM存储单元的传热。此外，Kassemi和Kartuzova(2016)研究了界面湍流和调节系数对低温储罐增压和压力控制CFD预测的影响。
此外，Cascetta等人(2016)将他们的CFD模拟与填料床蓄热系统的实验研究进行了比较。最近，Miana等人(2011)通过尺度分析对沥青乳液罐的热设计进行了增强。采用CFD模型和实验测试方法进行评价。此外，N.H.S. Tay等(2012)对相变蓄热系统中管道的CFD模型进行了实验验证，以提高其蓄热性能。孟和Zhang(2017)利用复合PCM对储罐内管道潜热储能单元进行了实验和数值研究。最后但并非最不重要的是，Kaloudis等人(2016)启动了有限空间内恒定流入重力流的数值模拟。蓄热罐就是其应用的一个例子。 (责任编辑：中建太阳能)