风能直接制热器运行特性及系统效率研究

发布时间：2020-11-01 22:16

　　 风能直接制热是风能利用的一种重要形式,制热器由风力机直接驱动,产生热量。可以为供热管网尚未覆盖的工业园区、中小城镇居民区及偏僻乡村提供冬季采暖热源。在有效的利用可再生能源的同时,可以有效的减少由化石能源燃烧所造成的环境污染问题。本文研究中首先依据制热原理,综合考虑各因素对制热效果的影响,设计和搭建了磁涡流制热装置与液体搅拌制热装置试验台。对制热器启动阶段不同运行工况下的温度参数进行了统计与分析。得出磁涡流制热器本体换热面及进出口工质温度的变化规律,液体搅拌制热器工质温度与温升速率的变化规律。之后通过对制热规律的分析,结合流体力学与电磁学等理论知识,对制热器结构及参数进行优化设计,提升制热装置制热效果,设计用于风洞实验的缩比制热器。其次通过风力机空气动力学原理,选择风洞实验中所需的垂直轴风力机参数。计算得出所选用机型的风能利用系数与尖速比的关系曲线。采用风力机与缩比制热器直连的结构,对缩比制热器进行风洞测试。通过对工质循环流量以及风洞风速的控制,得到制热器工质循环进出口的温度在不同风速条件下的参数。依据相关理论计算公式,对温度及换热端差进行理论计算。得出在不同风速条件下的制热器温度变化规律及制热效率,指出了实现制热系统效率最大化的运行方式。最后对选定算例中独立户型热用户的不同供暖方案经济性进行分析比较,包括初始投资成本及运行费用。通过与燃煤采暖与电采暖方案相比较,可知相比于燃煤采暖的方案,风能供热的方案在使用周期内没有燃料消耗,可以在生命周期达到一半时与燃煤采暖总成本持平。相比于电采暖的方案,无需承担使用周期内的电费成本。对于短期使用用户来说,不具备吸引力。在长期使用的情况下,可以有效的节约运行成本,实现采暖成本最小化,具有一定的实际应用价值。
【学位单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK513.1
【部分图文】：

-1 永磁涡流制热装置磁通回路定律路中产生变化时，就会有电的电流称为感应电流[67]。旋转时，定子发热体就处在在其内部可以形成诸多自由，就会产生感应电流。根据通mΦ 随时间的变化率成正mSd d B dSdt dtΦ= = 向与穿过该回路磁通mΦ 的l所限定的面积，面积的正

永磁涡流制热实验装置主要由驱动电机、工质循环结构、制热器本体和变频控制器等组成，如图 2-1 所示。实验装置中由异步电机模拟风力机作为原动机，通过变频控制器可以改变异步电机的转速，使其满足实验测试所需转速要求。散热水槽体积为0.75m3，散热风扇转速可由变频控制器控制。循环泵最大流量 6m3/h，可由变频控制器对流量进行调节。制热器本体主要由永磁体、转子铁芯、定子发热体内壁、定子发热体外壁、循环工质进出口以等其他部件组成。制热器转子铁芯上使用螺钉紧固有 8 组共 4 对 NdFe35 钕铁硼永磁体，每组永磁体是由相同的 8 块永磁体沿轴向叠压安装。转子铁芯上永磁体外表面与定子发热体内壁间隔有 1mm 厚的气隙。循环泵连接在制热装置进口端，制热装置工作时将水箱中的工质以一定的流量送入定子发热体水槽中，工质与定子发热体壁面进行热量交换，将产生的热量带走，进入散热水箱，完成换热循环过程。永磁涡流制热实验装置系统除了上述主要组成部分外，还包括安装在制热装置本体工质进出口以定子发热体水槽处用以测量温度的测温元件与数据采集设备。

与叶片的摩擦与撞击，最先达到了主质形成了较大的速度梯度。由于工质击和摩擦。当具有一定动能的工质遇的撞击与摩擦，并且在阻流板与搅拌加剧了工质分子的混乱程度。因此，撞击、摩擦效应以及部分区域所产生热能。本文研究中采用四直叶片转子置。何结构、工质类型及运行参数等会类，第一类影响因素是液体搅拌制热位高度 H、阻流板长 L 及宽 b、叶片当制热装置的的叶片数目及阻流板数所示的有量纲参数[30]。
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本文编号：2866178