新型相变蓄热换热器的设计与传热特性分析
发布时间：2020-12-08 19:10
目前,国内外为应对化石能源危机和环境污染问题,对开发利用可再生能源的技术进行了深入研究。太阳能作为可再生能源之一,具有资源丰富、分布广泛、清洁无污染、取之不尽用之不竭等优点,是最具潜力的一种新型能源。作为利用太阳能技术之一的光伏发电技术具有广阔的应用前景,然而光伏电池温度过高会导致其发电效率下降,为了应对这一问题并对其进行热管理和热调节,同时提高太阳能的综合利用效率,引入相变蓄热技术,同时也解决了热能供给与需求之间的矛盾。然而,要实现高效蓄热离不开蓄热性能优良的相变材料和换热性能良好的蓄热装置。本文借鉴板式换热器的设计理念,充分考虑了相变材料的热物理特性,设计了一种新型相变蓄热换热器。相变蓄热单元由上、中、下三层组成,上、下两层为传热流体通道层由两板片间的垫片形成,中间层为相变材料层,可实现蓄热、放热、同时蓄放热三种需求。无论蓄热、放热还是同时蓄放热,该装置都可实现相变材料层上层为冷流体,下层为热流体,可通过相变材料固液密度的不同及液态相变材料密度随温度的变化实现相变材料的自然对流换热,提高相变材料的相变速率,同时相变材料层设置矩形肋片也会加速相变材料的熔化与凝固,进一步缩短蓄放热时间...
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国太阳能资源分布
┰耸洹⒌缱庸ひ怠?航天军事等多个领域[12]。对于将相变材料（PCM）与光伏板集成且利用空气或水作为循环介质进行集热的PCM-PV/T系统，与只用空气或水进行冷却集热的混合光伏光热系统相比，虽然可以利用相变材料储存一定的热量增强光伏板散热，但若要在每个光伏板背面都嵌装相变材料以保证蓄热量要求，安装过于繁琐且成本高，不如专门的蓄能系统方便。因此，本课题将蓄能系统与光伏发电系统分开设置，利用相变蓄热换热器将产生的热能储存起来，等到需要热能时，再通过相变材料相变放热，解决热能供给与需求之间的矛盾。图1-2(a)PV/T系统示意图；(b)PV/T系统原理图Fig.1-2(a)SchematicdiagramofPV/Tsystem;(b)SchematicdiagramofPV/Tsystem1.1.2研究意义本课题为对光伏发电系统进行热管理，设计了一种新型相变蓄热换热器，通过传热流体将热量传递给相变蓄热换热器中的相变材料储存起来，等到需要时，再利用传热流体吸收相变材料中储存的热能，解决了热能供给与需求之间的矛盾，不但可以提高光伏电池的发电效率，而且可以有效克服太阳能为间歇能源的弊端，提高太阳能综合利用效率，从而促进我国可再生能源技术的发展，也为实现零能耗建筑贡献一点微薄的力量，具有重要的实际意义。本课题旨在研究相变蓄热换热器的结构设计及传热特性，优化相变蓄热换热器结构参数强化传热过程，可以为相变蓄热换热器的结构设计及蓄能系统的应用推广提供重要的参考价值。（a）（b）
华北水利水电大学硕士学位论文18表3-1石蜡（RT50）的热物性参数Table3-1ThermophysicalpropertiesofRT50熔化温度（K）熔化潜热（kJ/kg）密度（kg/m3）比热容（J/kg·K）热导率（W/m·K）动力粘度（kg/m·s）热膨胀系数（1/K）318-324168固相液相20000.20.030.00068807603.1.2相变蓄热换热器的结构设计为了强化相变蓄热换热器的热量传递，提高换热器的蓄放热性能，在综合考虑各形式蓄热器结构设计理念、物理强度及相容性等基础上，本文相变蓄热换热器的设计以板式换热器为参考，设计了带肋片的板式相变蓄热换热器。相变蓄热换热器的结构示意图如图3-1所示。图3-1(a)相变蓄热换热器外观图；(b)正剖面图Fig.3-1(a)AppearancediagramofPCHSE;(b)Positiveprofile图示相变蓄热换热器为板片式结构，每个蓄热单元共三层，中间层为相变材料（长400mm，宽300mm，高30mm），上、下两层分别为冷流体、热流体流道层（长400mm，宽300mm，高3mm），上中下三层分别由不锈钢金属板片隔开，流道由两板片间（b）（a）
【参考文献】：
期刊论文
[1]膨润土持水特性试验研究及其SEM微观定性分析[J]. 姜彤,王兴翠,张俊然. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2020(01)
[2]基于遗传算法与ANSYS的结构优化方法研究[J]. 耿贺松,陈博文,李明伟,杨璨. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]环形相变单元的蓄热装置设计及运行特性[J]. 侯普民,茅靳丰,刘蓉蓉,陈飞. 制冷学报. 2018(01)
[4]相变蓄热水箱的设计与运行特性研究[J]. 汪玺,袁艳平,邓志辉,杨晓娇,曹晓玲. 太阳能学报. 2014(04)
[5]填充泡沫铜对石蜡相变蓄热性能的试验研究[J]. 李达志,崔海亭,刘凤青,彭培英. 流体机械. 2012(05)
[6]采用肋片强化相变蓄热器传热的模拟分析[J]. 胡凌霄,付海明,刘栋栋,陈军. 能源技术. 2009(06)
[7]添加物对石蜡相变螺旋盘管蓄热器蓄热和放热性能的影响[J]. 朱恂,廖强,李隆键,龚伟. 热科学与技术. 2005(01)
[8]计算流体力学常用数值方法简介[J]. 李志印,熊小辉,吴家鸣. 广东造船. 2004(03)
[9]高温相变蓄热容器的优化设计及参数分析[J]. 崔海亭,袁修干,邢玉明. 太阳能学报. 2003(04)
博士论文
[1]高导热复合相变材料的制备与动力电池热管理应用研究[D]. 姜贵文.南昌大学 2017
硕士论文
[1]高性能板状相变储能模块设计及性能研究[D]. 刘孟然.北京石油化工学院 2018
[2]印刷板式换热器流动与换热特性数值模拟研究[D]. 吕思聪.哈尔滨工业大学 2019
[3]板片式相变储能换热器的数值模拟及其实验研究[D]. 尹点.中南林业科技大学 2017
[4]太阳能集热梯级相变蓄热装置传热性能研究[D]. 李文丰.北方工业大学 2017
[5]空调系统冷凝热回收相变装置蓄放热特性的实验研究[D]. 袁亚光.西南交通大学 2015
[6]具有相变蓄热体的蓄热换热器研究[D]. 贺鹏.华南理工大学 2013
[7]自然循环式光伏光热一体化太阳能平板集热器结构设计与数值分析[D]. 王帅.华南理工大学 2012
[8]整体针翅管式相变蓄热换热器性能实验[D]. 唐刚志.重庆大学 2009
本文编号：2905545
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国太阳能资源分布
┰耸洹⒌缱庸ひ怠?航天军事等多个领域[12]。对于将相变材料（PCM）与光伏板集成且利用空气或水作为循环介质进行集热的PCM-PV/T系统，与只用空气或水进行冷却集热的混合光伏光热系统相比，虽然可以利用相变材料储存一定的热量增强光伏板散热，但若要在每个光伏板背面都嵌装相变材料以保证蓄热量要求，安装过于繁琐且成本高，不如专门的蓄能系统方便。因此，本课题将蓄能系统与光伏发电系统分开设置，利用相变蓄热换热器将产生的热能储存起来，等到需要热能时，再通过相变材料相变放热，解决热能供给与需求之间的矛盾。图1-2(a)PV/T系统示意图；(b)PV/T系统原理图Fig.1-2(a)SchematicdiagramofPV/Tsystem;(b)SchematicdiagramofPV/Tsystem1.1.2研究意义本课题为对光伏发电系统进行热管理，设计了一种新型相变蓄热换热器，通过传热流体将热量传递给相变蓄热换热器中的相变材料储存起来，等到需要时，再利用传热流体吸收相变材料中储存的热能，解决了热能供给与需求之间的矛盾，不但可以提高光伏电池的发电效率，而且可以有效克服太阳能为间歇能源的弊端，提高太阳能综合利用效率，从而促进我国可再生能源技术的发展，也为实现零能耗建筑贡献一点微薄的力量，具有重要的实际意义。本课题旨在研究相变蓄热换热器的结构设计及传热特性，优化相变蓄热换热器结构参数强化传热过程，可以为相变蓄热换热器的结构设计及蓄能系统的应用推广提供重要的参考价值。（a）（b）
华北水利水电大学硕士学位论文18表3-1石蜡（RT50）的热物性参数Table3-1ThermophysicalpropertiesofRT50熔化温度（K）熔化潜热（kJ/kg）密度（kg/m3）比热容（J/kg·K）热导率（W/m·K）动力粘度（kg/m·s）热膨胀系数（1/K）318-324168固相液相20000.20.030.00068807603.1.2相变蓄热换热器的结构设计为了强化相变蓄热换热器的热量传递，提高换热器的蓄放热性能，在综合考虑各形式蓄热器结构设计理念、物理强度及相容性等基础上，本文相变蓄热换热器的设计以板式换热器为参考，设计了带肋片的板式相变蓄热换热器。相变蓄热换热器的结构示意图如图3-1所示。图3-1(a)相变蓄热换热器外观图；(b)正剖面图Fig.3-1(a)AppearancediagramofPCHSE;(b)Positiveprofile图示相变蓄热换热器为板片式结构，每个蓄热单元共三层，中间层为相变材料（长400mm，宽300mm，高30mm），上、下两层分别为冷流体、热流体流道层（长400mm，宽300mm，高3mm），上中下三层分别由不锈钢金属板片隔开，流道由两板片间（b）（a）
【参考文献】：
期刊论文
[1]膨润土持水特性试验研究及其SEM微观定性分析[J]. 姜彤,王兴翠,张俊然. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2020(01)
[2]基于遗传算法与ANSYS的结构优化方法研究[J]. 耿贺松,陈博文,李明伟,杨璨. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]环形相变单元的蓄热装置设计及运行特性[J]. 侯普民,茅靳丰,刘蓉蓉,陈飞. 制冷学报. 2018(01)
[4]相变蓄热水箱的设计与运行特性研究[J]. 汪玺,袁艳平,邓志辉,杨晓娇,曹晓玲. 太阳能学报. 2014(04)
[5]填充泡沫铜对石蜡相变蓄热性能的试验研究[J]. 李达志,崔海亭,刘凤青,彭培英. 流体机械. 2012(05)
[6]采用肋片强化相变蓄热器传热的模拟分析[J]. 胡凌霄,付海明,刘栋栋,陈军. 能源技术. 2009(06)
[7]添加物对石蜡相变螺旋盘管蓄热器蓄热和放热性能的影响[J]. 朱恂,廖强,李隆键,龚伟. 热科学与技术. 2005(01)
[8]计算流体力学常用数值方法简介[J]. 李志印,熊小辉,吴家鸣. 广东造船. 2004(03)
[9]高温相变蓄热容器的优化设计及参数分析[J]. 崔海亭,袁修干,邢玉明. 太阳能学报. 2003(04)
博士论文
[1]高导热复合相变材料的制备与动力电池热管理应用研究[D]. 姜贵文.南昌大学 2017
硕士论文
[1]高性能板状相变储能模块设计及性能研究[D]. 刘孟然.北京石油化工学院 2018
[2]印刷板式换热器流动与换热特性数值模拟研究[D]. 吕思聪.哈尔滨工业大学 2019
[3]板片式相变储能换热器的数值模拟及其实验研究[D]. 尹点.中南林业科技大学 2017
[4]太阳能集热梯级相变蓄热装置传热性能研究[D]. 李文丰.北方工业大学 2017
[5]空调系统冷凝热回收相变装置蓄放热特性的实验研究[D]. 袁亚光.西南交通大学 2015
[6]具有相变蓄热体的蓄热换热器研究[D]. 贺鹏.华南理工大学 2013
[7]自然循环式光伏光热一体化太阳能平板集热器结构设计与数值分析[D]. 王帅.华南理工大学 2012
[8]整体针翅管式相变蓄热换热器性能实验[D]. 唐刚志.重庆大学 2009
本文编号：2905545
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