集中空调用组合式PCM球形堆积床传热性能研究

发布时间：2017-12-15 15:31

本文关键词：集中空调用组合式PCM球形堆积床传热性能研究

【摘要】：当今,能源紧缺、电力过度消耗、环境污染等问题受到广泛关注。相变储能是重要的储能方式,也是缓解能源紧张、降低能耗、减少污染的一项重要举措。特别是蓄冷空调的引入对调节电力平衡“移峰填谷”方面发挥着重要作用。传统的相变蓄冷空调使用单一相变材料,导致相变潜热提高受到一定的限制,相变速率和蓄冷量均较低。因此,本文就目前存在的问题,利用蓄冷球蓄释冷特性对球形堆积床传热性能进行研究；通过利用组合相变材料作为蓄冷剂(Phase Change Materal,写为PCM),将水作为载冷剂(Heat Transfer Fluid,写为HTF),对球形堆积床蓄冷器蓄冷进行模拟研究,分析组合式PCM球形堆积床的强化换热效果,主要研究工作和研究成果如下：(1)PCM的筛选及组合,结合有机和无机相变材料的热物性特点,引入组合PCM,根据组合PCM的特点,拓宽了相变温度的可选范围,根据已有和自行配置的PCM,从中选出三种PCM进行组合,对每种PCM的最佳相变温度和有效能利用率进行计算。利用加权平均法,计算出等效相变温度,得到六种符合空调工况的组合方式。(2)对蓄冷球和球形堆积床分别建立物理模型和数学模型,建立三维模型,对模型的假设及操作条件进行确定,采用SolidiationMelting模型,利用焓法对凝固和融化问题进行研究,采用有效容积法解决守恒方程,列出了三大控制方程,完善了理论计算的表达式。同时对蓄冷球的网格独立性进行分析,为模拟计算奠定基础。(3)对蓄冷球的蓄释冷特性进行数值模拟,研究了蓄冷球外壁面温度、蓄冷球半径、蓄冷球材质、对流换热系数、Ste数、Fo数因素对蓄释冷动态特性的影响,总结了在相变过程的规律。蓄释冷时间与球径呈现正比关系,球径尺寸不超过50mm较适宜；蓄冷时壁面外HTF温度2℃即为最低温度临界值,释冷时壁面外HTF温度变化范围在12℃～14℃范围内,有利于工程实际节能运行。为验证模拟的正确性,对蓄冷球释冷进行实验,实验和模拟结果相吻合,为蓄冷器设计及控制运行提供了参考和指导。(4)对采用组合式PCM球形堆积床蓄冷器的蓄冷过程进行动态模拟,研究了HTF流量和PCM的组合方式对球形堆积床蓄冷特性的影响,对组合式PCM中的每一种PCM的蓄冷率进行分析,相变温度越高的PCM蓄冷速率越快,采用组合PCM可以明显提高球形堆积床的蓄冷量和蓄冷速率,且PCM相变温度与HTF温差越大蓄冷率越快,同时把组合式PCM和单一PCM的换热性能进行比较,得到了组合式PCM的强化换热程度,为实际工程的运用提理论与数据参考。本文研究并分析了蓄冷球蓄释冷特性和球形堆积床蓄冷器蓄冷过程传热性能,采用组合式PCM进行强化换热,为提高PCM的性能和蓄冷器蓄冷量及蓄冷时间提供了一定的理论依据,对今后蓄冷空调推广及发展具有重要的实际意义。
【学位授予单位】：哈尔滨商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB611

【参考文献】

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