|
本文以自然循環式太陽能熱水系統為研究對象, 討論了系統的逆流問題及效率模式問
題。根據逆流的機構及特性, 本文深入探討可能引起系統逆流的穩定性及飽和現象兩
原因, 發現在自然循環式太陽能縶水系統發生的逆流並不是由系統不穩定所引起, 而
是由飽和現象所產生。在分析系統穩定性時, 本文導出了自然循環式太陽能熱水系統
的微擾動態模式, 藉著轉移函數將輸入輻射微擾與輸出流量微擾表成函數關係。並由
轉移函數推得系統特徵方程式, 用以討論系統穩定性問題。本研究找出一系統穩定性
參數M,作為判斷系統穩定與否的標準, 並建立了系統各參數的穩定性圖。結果發現,
實際系統的操作範圍都在穩定區域, 不會發生不穩定現象, 主要是因為系統的阻力夠
大而自然輻射能量卻不足以引起系統產生不穩定現象。至於對飽和現象的研究, 本文
以系統能量的觀點, 分別定義出飽和瞬時臨界輻射量與逆流瞬時臨界輻射量, 作為系
統發生飽和及逆流的臨界條件, 並以系統發生飽和逆流時環路的溫度分佈及左、右邊
的熱虹吸頭差異來說明逆流發生的機構, 並由此機構得到影響飽和逆流大小的三個重
要因素: 上聯接管的保溫情況及儲水槽與集熱板之間的兩個相對高度。一般設計正確
的自然循環式太陽能熱水器, 其飽和逆流都只是瞬間發生而無法持續發生。另外關於
系統效率模式部份, 本研究建立了一簡單可靠的系統效率模式, 透過兩系統效率參數
α。及U*, 將系統效率與操作參數(Ti- a)/Ht聯上關係, 使經由短期的戶外測試及迴
歸分析便可求得系統效率參數, 來描述系統性能。此模式考慮了儲水槽初始溫度及測
試時間的影響。為了驗證此模式, 本研究建立了一套戶外自動測試系統, 以戶外實驗
來驗證此效率模式的可用性。同時並以數值模擬方式, 建立了系統設計參數與效率參
數之間的關係, 繪成系統設計參考圖, 提供一個方便的系統設計工具。最後, 本研究
綜合戶外實驗經驗與數值模擬結果, 制訂了自然循環式太陽能熱水系統的性能測試標
準, 作為測試自然循環式太陽能熱水系統的依據。
|