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跨季节太阳能水箱蓄热数值模拟研究的开题报告
一、课题背景
随着能源需求的不断增长和环境污染的加剧，太阳能作为一种清洁、再生能源在近年来受到了广泛关注。太阳能热水器作为太阳能热利用最为成熟的应用之一，不仅可以为我们提供大量的热水，而且可以节约能源、减少碳排放。但是由于季节性和天气影响的限制，太阳能热水器的热水供应能力存在相对不稳定的问题。因此，在太阳能热水器领域中，如何设计并实现高效的能量储存和利用方案是一个迫切需要解决的问题。
目前，太阳能热水器的储热装置主要有水箱和储热罐两种。其中，水箱是一种常见的储热装置，具有体积大、制造成本低等优势。但由于水的比热较小，水箱储存的热能相对较少，且受季节变化与环境温度影响较大。在应用中，太阳能热水器的水箱储存装置需要解决的问题主要有两个，一是如何充分利用太阳能的辐射能，提高水箱储热效率；二是如何在跨季节使用中实现高效的热能储存和利用。
因此，本文将就如何实现跨季节太阳能水箱的高效储热进行数值模拟研究。
二、研究目的与意义
本文的研究目的是在太阳能热水器中，设计一种高效的跨季节的储热方案，以提高太阳能热水器的热能储存效率和热水供应能力，探索实现太阳能的更加充分利用。
具体来说，研究目标为：
1.设计一种基于水箱的太阳能热水储存系统，对该系统进行温度与流场数值模拟；
2.实现该系统在不同季节、不同天气条件下的热能储存效率，比较不同季节储热效果的差异和影响因素；
3.研究该系统对于太阳能热水器热水供应能力的改善效果，并分析其在实际应用中的应用价值和应用前景。
本文的意义在于：
1.为太阳能热水器的热能储存方案提供理论基础和实践支持，为太阳能热水器的发展提供新的思路和方法；
2.为热能储存与利用领域的优化设计提供参考，推广太阳能热水器的应用和普及；
3.为中国能源结构调整和环境保护作出贡献，促进可持续发展和节能减排。
三、研究内容与方法
1.研究内容
（1）太阳能热水器系统的设计与构建
建立基于水箱的太阳能热水储存系统，在系统中分别设计上下热交换器、回水挡板、出口段等构件。
（2）数值模拟研究
将该系统中的流体场与温度场建立三维数学模型，并对其进行计算流体力学（CFD）模拟，实现该系统不同季节、不同热辐射条件下储热效率分析。
（3）数据分析与对比
在得到模拟结果后，对其进行数据统计和分析，并与其他系统进行对比研究，得出该系统的储热效果和性能优劣比较结果。
2.研究方法
（1）基于ANSYSFluent软件建立并求解太阳能热水器的数学模型。
（2）选定关键参数，通过转化后的无量纲数计算方案来探究太阳能热水器在不同季节条件下的效率。
（3）进行数据处理和可视化分析，得出该系统储热效果及优化建议。
四、预期结果及进度安排
本研究预期能够针对基于水箱的太阳能热水储存系统，在跨季节应用中实现高效储存和利用太阳能热能，提高太阳能热水器的供热效率，优化太阳能热水器的设计，推广太阳能热水器的应用和普及等方面做出贡献。
具体进度安排为：
第一阶段：调研与文献综述；
第二阶段：太阳能热水器系统设计与构建；
第三阶段：系统建模与数值模拟研究；
第四阶段：数据分析与优化建议；
第五阶段：论文撰写与修改；
预计用时为一年。