冰球式蓄冷系统相变换热过程的数值模拟优化

发布时间：2020-05-19 21:52

【摘要】：冰蓄冷空调利用夜间制冷、白天释冷,以达到削峰填谷、减小制冷机组设备容量以及平衡电网压力等效果。本文利用Fluent数值模拟软件,建立了单个冰球和蓄冰槽系统的流动和传热模型,加载Solidification/Melting模型、湍流模型,考虑到了单个冰球相变过程中相变材料密度随温度的变化,针对蓄冰槽中载冷剂的流动方向、载冷剂进口位置对蓄冷过程影响进行了研究。做了以下工作:研究了单个冰球凝固、融化过程的一般规律,对冰球内部温度以及固液相界面的变化情况进行分析;研究了不同半径、载冷剂入口温度对蓄冷、释冷过程的影响,模拟结果表明:蓄冰球半径越大,相变进行的时间越长,但是选择蓄冰球时的球径不宜过大,以控制蓄冷时间;载冷剂与冰球间的传热温差越大,越有利于相变换热的进行,相变时间也相应缩短;考虑固液相密度差的情况下与不考虑固液相密度差相比,由于自然对流的作用,相变时间差要短,模拟结果更接近实际情况。模拟了蓄冰槽的蓄冷过程,研究对流状态下蓄冷槽的换热情况,不同载冷剂流速、出入口位置对蓄冰特性的影响,对蓄冰槽装置结构进行了优化。模拟结果表明:载冷剂流速越大,蓄冰槽内对流现象越明显,固液界面移动得越快,蓄冷时间越短,越有利于换热;载冷剂从入口流入蓄冰槽后首先会有一段层流阶段,在冲击冰球的时候进入紊流阶段,并会伴随着产生局部的回流和涡旋,越接近槽体内部,载冷剂速度矢量变化越强烈,进而加快与冰球间的换热,因此可以在球壳中设计出褶皱、沟壑、凸起、下凹等形状的纹路,增加流体的扰动;入口流速越大,努谢尔特数越大,载冷剂与冰球间的对流换热系数越大,同时也会增大阻力系数,因此不可过分地增大入口流速;载冷剂入口流速越大,出口温度越快到达稳定状态;采用载冷剂从底部流入顶部流出的流动方式比从顶部流入底部流出的对流换热系数大,更有利于换热,并且随着载冷剂流速的增大这种优势体现得更加明显。进而对冰球和蓄冰槽装置结构进行了优化,能够实现能量的最大程度的利用,能对节能减排的发展起到积极的作用。
【图文】：

释冷工况时，经板式换热器换热后的高温载冷剂乙二醇溶热，将球内固体，同时将温度降低的乙二醇溶液送回负荷端蓄冷系统中，根据不同运行状况与控制条件，载冷剂的流程种。：如图 1-1 所示，制冷机与蓄冰槽分别于板式换热器连接，，二者联合供冷。在建筑不需要制冷的时间段，制冷机通过况：开启 V1、V3 阀门，关闭 V2、V4 阀门，使载冷剂在制随着蓄冷的进行，蓄冰罐内冰球逐渐降低，在完成了要求。释冷工况：蓄冰槽通过融冰吸收载冷剂的潜热，经过降温过板换向负荷侧传递冷量，此时制冷机停止运行，但此时将调节 V2、V1 阀门来控制进入板换的乙二醇温度。当到达闭 V1、 V3 和 V4 阀门，开启 V2 阀门，只开启制冷机组，器之间循环，按常规空调工况运行[9]。

图 1-2 凹面冰球Fig.1-2 Concave ice hockey图 1-3 凹面冰球的蓄冰性能曲线.1-3 Storage performance curve of concave ice ho
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU831

【参考文献】

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本文编号：2671541