李曾敏[1]2002年在《固体相变蓄热材料的蓄热和放热性能研究》文中研究指明储能系统是缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式，是合理利用能源及减轻环境污染的有效途径，是广义热能系统优化运行的重要手段。综合比较热能储存方式，相变蓄热以其储热密度大、蓄热器结构紧凑、体积小、热效率高、吸放热温度恒定、易与运行系统匹配、易于控制等突出的优点，日趋成为储热系统的首选系统，在许多节能和新能源利用领域具有诱人的应用前景。本文对以石蜡和Ba(OH)2(8H2O为相变材料的螺旋盘管和汽-液-固等固液相变蓄热器的放热性能、季戊四醇颗粒填料床的固-固相变蓄热和放热性能进行实验研究，并研究了固-固相变固体颗粒堆积床放热特性的理论计算方法。(1) 对石蜡相变螺旋盘管蓄热器的蓄热和放热性能进行了实验研究。研究了石蜡添加铜粉、硅粉和不锈钢丝带对蓄热器蓄热和放热性能的影响。实验结果表明：在蓄热过程中，随着加热时间的增加，蓄热器内的温度分布不均匀性逐渐增大。纯石蜡蓄热器内温度分布不均匀性最为严重。添加铜粉后，温度分布趋于均匀。而添加硅粉后，温度分布更为均匀。不锈钢丝带具有连续结构和形状定形等特点，蓄热器内的温度分布最均匀。在放热时，纯石蜡蓄热器的出口水温下降最快，石蜡添加铜粉的蓄热器次之，石蜡添加硅粉的蓄热器出口温度略高于石蜡添加铜粉的蓄热器，而石蜡加不锈钢丝带的蓄热器出口水温最高。(2) 对采用氢氧化钡（Ba(OH)2(8H2O）相变蓄热材料的、利用不锈钢丝带进行换热强化的汽-液-固相变蓄热器进行了实验研究。实验结果表明：在蓄热过程中封装蓄热板上的温度分布均较均匀；当封装蓄热板内蓄热材料相变时，蓄热板表面的温度随时间变化很小；而在开始相变前和完全相变后，蓄热板表面的温度随时间变化很大。同石蜡相变螺旋盘管蓄热器相比较，氢氧化钡（Ba(OH)2(8H2O）汽-液-固相变维持较高水温的时间最长，单位体积蓄热量最大，放热强度最高，蓄热和放热性能最优良。(3) 对季戊四醇的固体颗粒堆积床相变蓄热和放热特性进行了实验研究。实验结果表明：在开始加热时，空气进口段堆积床的温度上升比较快，随着蓄热的进行，温度升高减慢；当季戊四醇的温度基本达到相变温度，温度分布比较均匀，出口温度也基本保持不变。当开始放热时，堆积床进口处蓄热材料的温度下降梯度较大，后段温度下降很缓慢。随着时间的增加，蓄热床内各点的温度均下降，并出现中段温度高，两侧温度低的现象。蓄热材料将蓄热量全部放完需要4小时。在实验中观察到明显的升华现象，实验完成后，部分蓄热材料已经损失。对固-固相变材料颗粒堆积床蓄热器的放热特性进行了理论分析，建立了<WP=5>(4) 相应的简化模型，并提出了理论计算公式和计算方法。计算结果表明：在放热过程中，进口冷空气被加热；随着时间的增加出口空气温度逐渐降低，相变界面向颗粒中心移动；在同一时刻，颗粒直径为6mm时的空气出口温度低于颗粒直径为5mm时的空气出口温度。
秦朋[2]2014年在《中温相变材料甘露醇蓄放热特性的实验研究与数值模拟》文中提出蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，近年来已成为能源与材料领域的研究热点。目前，蓄热技术的研究主要集中在低温领域，包括建筑节能、电子器件散热冷却以及民用产品等，而中高温蓄热技术在太阳能热利用、工业废热余热回收等领域更具应用前景，是未来蓄热技术的研究重点。本文以甘露醇作为中温相变蓄热材料，分别采用热重分析仪、X射线衍射仪、示差扫描量热仪、热导率测试仪等分析测试手段对甘露醇的结构和热物性进行了表征和测试。结果表明：甘露醇为β晶型结构，在250°C内具有很好的热稳定性；其固－液相转变温度为164.6°C，相变潜热为322.8J/g，固相导热系数为0.6W·m-1·K-1。液-固相转变温度为127.87°C，其相变潜热为266.8J/g；甘露醇具有明显的过冷现象。构建了甘露醇蓄放热研究的中试实验系统，该系统核心是蓄热器，它是由2个相同结构的螺旋盘管换热器组合而成，分别进行蓄热和放热实验研究。采用高温导热油作为蓄热时的传热流体，水作为放热时的传热流体。蓄热器中甘露醇的填充量为14Kg，储水箱常用热水器通用体积100L，通过蓄热技术将初始温度为30°C的冷水加热到55°C的生活热水。蓄热过程中，导热油的体积流量分别设计为330L/h、360L/h和390L/h，入口温度设计为200°C、210°C和220°C；放热时，水流量为60L/h。蓄热时甘露醇的传热过程分为叁个阶段，第一阶段为固体甘露醇的温升，显热蓄热阶段，传热受导热控制，温度均匀升高；第二阶段传热受自然对流传热控制，固液密度差产生浮力作用，固-液界面移动复杂，出现温度波动，固-液相变平台不明显；第叁阶段甘露醇完全熔解为液态，温度继续升高到接近热流体温度。放热过程也有类似的叁个阶段，由于液-固相变过程由于传热受导热控制，温度较稳定，出现明显的液-固相变平台。甘露醇的热能转换效率高于87%。导热油的体积流量或温度的增加，都能提高蓄热过程甘露醇的温度。随着温度的增加完成蓄热过程时间明显减少。采用商业化数值模拟软件FLUENT对甘露醇的蓄放热特性进行了数值模拟，模拟的温度场变化与实验结构基本一致，通过液相率的变化，获得了甘露醇熔解和凝固过程的动态特征。蓄热过程和放热过程数值模拟的温度值与实验测量值的平均偏差分别为5.7%和6.7%，模拟结果与测量值吻合良好。
朱恂, 冯云鹏, 李曾敏[3]2004年在《颗粒型固-固相变材料堆积床蓄热与放热实验》文中指出对季戊四醇的固体颗粒堆积床相变蓄热和放热特性进行了实验研究。实验结果表明:在开始加热时,空气进口段堆积床的温度上升比较快,随着蓄热的进行,温度升高减慢;当季戊四醇的温度达到相变温度时,出口温度基本保持不变。当开始放热时,堆积床进口处蓄热材料的温度下降较剧烈,后段温度下降很缓慢。随着时间的增加,蓄热床内各点的温度均下降,并出现中段温度高、两侧温度低的现象。在实验中观察到明显的升华现象。
覃麒达[4]2016年在《高温硫酸锰工艺中相变蓄热回收余热技术研究》文中进行了进一步梳理在高温硫酸锰工艺中,会产生大量的高温废气,不但造成了能源的浪费,同时也对环境造成了污染。本文将展开对此工艺中废气余热回收技术的研究,将所储存的能量对进口硫酸锰溶液进行预加热,从而降低工艺成本。在所有的蓄能技术中,相变蓄热因具有单位蓄热密度大、蓄热和放热过程温度恒定、蓄放热几乎不引起容器内部压力变化等优点,已逐渐成为目前研究的热点。相变蓄热材料(PCM)是蓄放热的关键点,但在众多的PCM中,其导热性能都比较差,因此需要采用强化传热的技术来提高PCM区域的换热系数。本文根据实际工况,采用甘露醇作为相变蓄热材料,以肋片管为强化传热结构,并利用FLUENT软件对相变蓄热过程中肋片参数对换热效果的影响进行了模拟研究。本文的主要内容如下:(1)在第一类边界条件下建立了相变蓄热模型,并将模拟结果与前人的实验数据进行对比,验证计算方法和蓄热模型的可行性。然后分析了无肋片蓄热单元内甘露醇蓄热过程的规律。模拟结果表明:(1)甘露醇在蓄热过程中分为叁个阶段,分别为相变前的显热蓄热阶段、潜热蓄热阶段和相变完成后的显热蓄热阶段。(2)甘露醇侧的传热系数随蓄热时间的增大而减小。(2)采用肋片管的蓄热单元,利用肋片来提高相变蓄热系统的蓄热速率。首先建立了甘露醇肋片管蓄热单元,然后利用FLUENT软件对蓄热单元进行模拟计算,分析肋片的高度、厚度、间距对PCM区域融化速率的影响,对比于无肋片蓄热单元蓄热过程,得出甘露醇蓄热单元最佳设计参数。最终确定肋片的结构参数为:肋高?mmh 20,肋间距?mmP 15,肋厚度mmd?5。该蓄热单元比同体积下的无肋片蓄热单元蓄热时间缩短了2.9倍。经计算得到该蓄热单元的总蓄热量为2088.3kJ。(3)以最佳参数的蓄热单元为基础,设计了一个适用于本文所研究工况的相变蓄热器,相变蓄热器的体积为1235.0 m3,一个周期能够储存约34500kJ的能量,当给31m硫酸锰加热时,能够提高8.12℃,达到预热的目的。
袁小永[5]2015年在《用于太阳能热水系统的无机水合盐相变蓄热装置研究》文中提出太阳能热水器是典型的太阳能热利用系统,它以环保、安全、节能、卫生的等优点迅速赢得了广大消费者的青睐。从最初的闷晒型、平板型到现在的全玻璃真空管、玻璃—金属真空管型,太阳能集热技术上有了飞跃的发展,大大提高了太阳能的利用效率,丰富了太阳能热水器的种类。在蓄热技术方面,目前市面上大多数太阳能热水器的仍然采用水作为储能介质,但水作为储能材料时其储能特征为显热储能,储能密度较小。近年来,研究如何将相变蓄热技术与太阳能热利用技术相结合,开发新型相变蓄热太阳能热水器已成为各国学者研究的热点。为此,本文针对相变蓄热技术在家用太阳能热水器上的应用进行探讨,希望能够设计一种相变蓄热装置,不但能保持拥有较高的蓄热能力,且有较高的传热性能,能够及时将热量存储和释放,从而有利于太阳能热水器在晴朗天气能够最大量储存太阳能,以及在阴晴天气太阳能热水器能更快速启动,更高效率捕捉利用太阳能。这要求相变蓄热装置蓄热过程中保持较高蓄热效率和较短的蓄热时间,放热过程中能够实现快速放热并且对换热流体有较好的加热性能。研究工作主要从相变蓄热装置结构设计和实验分析两方面进行研究,为家用太阳热水系统相变蓄热装置的设计优化提供参考。本文研究内容包括以下几点：(1)对几种相变储能太阳能热水系统运行方式进行对比分析,并结合叁水醋酸钠、八水氢氧化钡、十二水硫酸铝铵叁种相变材料热物性参数测试结果,提出热管式真空管集热器加相变蓄热水箱的组合应用形式,能够较好地满足家用相变储能式太阳能热水器的要求,并以此设计思路作为出发点,对蓄热装置开展结构设计和研究工作。(2)根据生活热水对水箱蓄热量、用水温度、水箱体积的要求,给出几种适用于家用太阳能热水系统的被动式相变蓄热装置结构设计思路。根据传热学理论,对一种间接式相变蓄热水箱、一种圆柱体堆积床相变蓄热水箱、一种球体堆积床相变蓄热水箱的结构进行设计,设定参数并进行传热核算。(3)搭建带有螺旋换热盘管的间接式相变蓄热装置测试实验平台,根据生活用水使用标准,对带螺旋换热盘管间接式相变蓄热装置进行多工况测试实验。实验结果表明：采用水作为换热流体的间接式相变蓄热水箱,能够较好的满足蓄热水箱对蓄热速度的要求,但添加的相变单元取代部分水作为蓄热材料时,相变单元占用了水箱空间,削弱了水箱内换热流体的对流传热,填充相变单元蓄热水箱与不填充相变单元的水箱相比,取热效率下降了。(4)建立堆积床相变蓄热装置测试平台,并根据生活用水使用标准,对两种类型的堆积床相变蓄热水箱蓄放热性能进行测试,并与未加入相变单元的蓄热水箱进行对比,分析其结构的实用性。实验测试结果表明：采用较高熔点的十二水硫酸铝铵作为相变储能材料的圆柱体堆积床蓄热水箱,虽然拥有较大的换热面积,利于换热,但其水箱的换热效率与未加入相变单元的蓄热水箱进行对比,蓄热水箱的取热效率仅仅提升0.6%。过高熔点的相变材料使得蓄热水箱必须在较高的蓄热温度才能运行,此时水箱显热蓄热量也可以很大,与普通水箱相比,相变蓄热水箱蓄热优势并不明显。而对于采用八水氢氧化钡的球体堆积床相变蓄热水箱,当相变材料质量填充率分别为13%,26%,42%时候,水箱取热效率分别达79.41%,78.29%,84.99%,均比普通水箱的取热效率77%要高。球体堆积床相变蓄热装置设计合理,可基本满足使用要求。
高旭亮[6]2012年在《管壳式相变蓄热器的蓄热性能优化研究》文中研究指明当前生活生产的能源主要还是煤炭和石油，但是随着化石能源的枯竭以及使用过程中产生的环境污染问题日益突出。节能和环保问题已经成为最引人注目的问题，开发利用新能源已是当务之急。太阳能作为清洁而且可再生能源，有着广阔的应用空间，应用到太阳能热泵系统，可以有效缓解人们日常生活能耗攀升的问题。但是太阳能能量密度低，有间歇性，蓄热技术的产生就有效的解决了太阳能的供给与人们利用之间的矛盾。管壳式相变蓄热器是最常用的蓄热装置，但是单纯的管壳式相变蓄热器，由于相变材料的导热系数很低，换热性能差，无法达到快速吸热放热的目的，必须采用有效的措施还提高相变材料的融化速度。本文介绍了一种在管壳式相变蓄热器的内管上加了纵向直肋的新型蓄热装置，并建立相关的物理，数学模型，并进行数值模拟，研究相变的融化规律。课题首先建立了简单的光管模型，在第一类边界条件下进行数值模拟，分析了融化过程中固液分界面的移动规律，温度场分布，以及自然对流对融化的影响，自然对流的存在加速了融化的速度。在光管的基础上加入了直肋，建立物理模型数学模型，对其又进行数值模拟，发现加入肋片后融化时间大大的缩短，比较其与光管的固液面分布情况和速度场分布。而后对不同的肋片设置进行了9组模拟，分别分析了周向肋片数，肋片厚度，以及肋片分配因素对融化的影响。然后又针对在融化过程中管子底部融化慢的问题，又提出了复合肋片和肋片不对称分布两种模型，两种方法都有效的解决了这个问题。在本文的最后，又提出了热管蓄热器模型，建立物理数学模型，模拟其相变材料的融化规律，并与肋片模型的融化时间作对比，热管的超导性可以有效增强蓄热器的换热，但是与肋片模型③和不对称模型B相比效果相当。热管的换热强化效果很好，但是关键在于怎么布置。
刘佳佳[7]2017年在《相变蓄热器性能与强化传热研究》文中提出储能技术不仅能够解决经济发展带来的环境污染问题,能源浪费问题,还可以解决能源供给与需求失衡的矛盾。相变蓄热是利用相变蓄热材料在发生相变时吸收或释放大量潜热。潜热蓄热因具有蓄热密度高、蓄热放热过程温度较为稳定的特点而被广泛利用。相变蓄热系统作为解决能源供应时间与空间矛盾的有效手段,是提高能源利用率的重要途径之一。本文主要对叉排管束式相变蓄热器性能做了数值研究,采用空气做换热流体。数值模拟选用计算流体力学软件Fluent 15.0。基于二维数值模型,本文首先对叉排管束式相变蓄热器相变材料熔化过程中换热性能进行研究,同时研究了不同入口空气质量流量对蓄热器换热性能的影响,并将具有叉排管束结构和顺排管束结构的蓄热单元中相变材料的熔化过程与平板结构进行比较。结果表明,使用空气作为传热流体的相变蓄热器的蓄热速率可以通过增加传热表面、空气湍流度和气体质量流量来提高;且具有叉排管束结构的蓄热器由于具有较大的传热表面和较高程度的空气湍流,其在相变材料蓄热过程中换热效果最好。同时,本文利用翅片强化叉排管束式相变蓄热器的传热性能,研究了蓄热器圆管内部翅片排布方式对增强换热的影响,并给出了温度分布图和流线图。研究表明,添加连接到管内壁的翅片可以有效地提高相变蓄热器的传热性能,且在相变蓄热器相变材料的中心区域添加翅片不能增强由液体自然对流和固液相变材料热传导驱动的熔化过程,而添加连接到管内壁的翅片可以有效地增强熔化过程。最后,本文利用Fluent叁维模拟,在叉排管束式相变蓄热器基础上,研究了空气侧添加涡发生器对相变蓄热器传热性能的增强效果。考虑到涡发生器的添加造成的压力降损失,文中给出了空气出口和入口之间压力差。研究表明,添加涡发生器能够很好地改善蓄热器传热性能,且合适的涡发生器布置方式能够有效的减少涡发生器引起的压力损失。本文总结了相变蓄热器的技术特点,并指出了该技术未来的主要研究方向。
刘楠[8]2017年在《石蜡—硬脂酸/膨胀石墨蓄放热特性实验研究》文中研究指明随着经济的快速发展,中国的能源消耗速度增长很快。能源消耗过快,不仅能源供给出现很大压力,而且对环境也造成了巨大的影响,清洁能源的开发、利用已经成为能源发展的大趋势。太阳能是巨大的能源宝库,具有清洁无污染、取用方便的特点,但是太阳辐射具有显着的稀薄性、间断性和不稳定性。蓄热技术是满足生产和生活中连续利用太阳能的最好办法之一,蓄热技术是以相变材料为基础的新兴储能技术,因此研究相变蓄能材料是蓄热技术的前提。本文研究对象是石蜡与硬脂酸,通过对石蜡与硬脂酸进行配比,研究了石蜡-硬脂酸的最佳比例,并且测试石蜡-硬脂酸复合相变材料的热物性参数,实验表明,当石蜡与硬脂酸比例为1:1时较好,石蜡、硬脂酸作为相变蓄热材料具有合适的相变温度,较高的相变潜热,无过冷及层析现象。性能稳定,无毒、无腐蚀性,价格便宜等优点。石蜡与硬脂酸作为复合相变材料的不足之处在于石蜡-硬脂酸的导热系数低,为了提高石蜡与硬脂酸在蓄热领域的可行性,通常可以采用在石蜡-硬脂酸中添加添加剂。本文采用了在石蜡-硬脂酸中加入膨胀石墨来提高石蜡-硬脂酸的导热系数。通过对膨胀石墨与石蜡-硬脂酸进行配比,研究了石蜡-硬脂酸与膨胀石墨的最佳比例,得出结论,当膨胀石墨与石蜡-硬脂酸比例为1:20时较好,并且测试了石蜡-硬脂酸/膨胀石墨复合相变材料的热物性参数。通过大量的实验测试了石蜡-硬脂酸/膨胀石墨在融化和凝固过程中的传热特性。在融化实验中,着重研究了进水温度对石蜡-硬脂酸/膨胀石墨融化过程的影响,以及不同进水温度下对不同测点处温度变化趋势,结果表明,进水水温越高,融化越快。在凝固实验中,着重研究了冷却水流量对凝固过程的影响,以及不同进水流量下对不同测点处温度变化趋势分析,结果表明,进口水流量越大,放热越快。本文还根据相变传热模型建立了石蜡-硬脂酸/膨胀石墨的复合相变传热模型,通过模拟得出了不同温度、不同流量对石蜡-硬脂酸/膨胀石墨传热性能的影响。
李宁[9]2016年在《太阳能热发电系统中蓄热装置传热性能研究》文中研究说明我国拥有丰富的太阳能资源,具有发展太阳能热发电事业的有利条件,相变蓄热技术作为解决太阳能热发电不连续性缺陷的关键,成为了当今的研究热点,设计合理高效的相变蓄热装置更是重中之重。因此,本文对太阳能热发电系统中蓄热装置传热性能进行了研究。本文选取了铝硅合金高温相变材料和陶瓷钢铁复合封装材料,以双层壁蓄热单元和高温蓄热装置为研究对象,利用FLUENT软件对其热性能进行了模拟研究。首先,在保证蓄热量的前提下,应用第3类边界条件,模拟双层壁蓄热单元不同管径下的蓄热特性,在得到温度和液相率的变化曲线及云图分布的同时,讨论了自然对流对相变过程的影响。其次,引入傅立叶数、斯蒂芬数、雷诺数等无量纲数,建立整个蓄热装置的物理模型和数学模型,对不同参数下太阳能热发电系统中蓄热装置的传热性能进行了模拟计算,通过最小二乘法原理对换热准则式进行了拟合,并与现有经验公式进行了对比。最后对蓄热装置进行了实验设计,对实验系统和实验方案进行了阐述说明。本文的模拟结果表明适当减小蓄热单元管径可以提高传热效率。在相变过程中,自然对流可以起到加快熔化,减缓凝固的作用。熔化过程中液相率和傅立叶数存在增函数关系,而凝固过程则相反。斯蒂芬数和雷诺数增大,可以提高蓄热性能,但在实际应用中应有一定的限制。本文的研究及分析设计,为太阳能热发电系统蓄热装置的优化设计提供了重要参考价值和理论依据。
孙勤贺[10]2016年在《基于多传热方式耦合的相变储能房间热特性研究》文中进行了进一步梳理将相变材料作为地板辐射供暖的蓄热层是相变储能房间的主要方式,改善相变材料的热物性,研究相变储能房间的热特性对建筑节能技术和相变材料的高效应用尤为重要。采用膨胀石墨为导热增强剂,高密度聚乙烯为定形载体,以提高相变材料的热导率和改善相变材料的定形效果为目的,制备出一种导热增强型定形相变材料,并将其作为地板辐射供暖的蓄热层,模拟分析热源位置及方式对地板结构层的热特性影响。结果表明,膨胀石墨不仅能明显提高相变材料热导率,而且对其相变温度和相变潜热影响较小;当使用毛细管网作为热源时,毛细管网布置在地板相变材料中间位置比布置在底部能蓄存更多的热量,地板表面温度更符合舒适性标准。将相变材料—电加热膜地板辐射采暖建筑物抽象为全尺寸二维模型,将室内空气作为计算区域,并且同时考虑多种传热方式,动态模拟相变材料的导热系数、厚度、相变潜热等因素对储能房间热特性的影响。结果表明,导热系数越大越利于房间负荷的调节,相变材料厚度不宜过大,电热膜热流大小应与室内舒适性和电力消费相平衡;相变材料潜热值越大越有利于室内空气温度的稳定性,但相应的电热膜热流应增大以提高室内温度,使其达到合适的温度范围。
参考文献：
[1]. 固体相变蓄热材料的蓄热和放热性能研究[D]. 李曾敏. 重庆大学. 2002
[2]. 中温相变材料甘露醇蓄放热特性的实验研究与数值模拟[D]. 秦朋. 华南理工大学. 2014
[3]. 颗粒型固-固相变材料堆积床蓄热与放热实验[J]. 朱恂, 冯云鹏, 李曾敏. 重庆大学学报(自然科学版). 2004
[4]. 高温硫酸锰工艺中相变蓄热回收余热技术研究[D]. 覃麒达. 湘潭大学. 2016
[5]. 用于太阳能热水系统的无机水合盐相变蓄热装置研究[D]. 袁小永. 广东工业大学. 2015
[6]. 管壳式相变蓄热器的蓄热性能优化研究[D]. 高旭亮. 河北工业大学. 2012
[7]. 相变蓄热器性能与强化传热研究[D]. 刘佳佳. 华北电力大学(北京). 2017
[8]. 石蜡—硬脂酸/膨胀石墨蓄放热特性实验研究[D]. 刘楠. 天津商业大学. 2017
[9]. 太阳能热发电系统中蓄热装置传热性能研究[D]. 李宁. 河北科技大学. 2016
[10]. 基于多传热方式耦合的相变储能房间热特性研究[D]. 孙勤贺. 青岛科技大学. 2016
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