石墨泡沫/共晶盐复合相变材料制备及其储能单元模拟研究

发布时间：2022-05-02 20:07

　　太阳能热发电系统是太阳能利用的重要方式。但太阳能受环境因素影响较大,为提高热发电系统稳定性及其利用效率,亟需开发新型有效的高温储能系统。论文在此研究背景下,首先利用石墨泡沫的高导热性,制备出适用于太阳能热发电储能系统的石墨泡沫/共晶盐复合相变材料,并通过实验研究了其稳定性能;然后采用数值模拟方法对其储能单元分析,研究了复合相变材料储能过程;最后以总熔化（凝固）时间和总平均热流密度为考核指标对储能单元性能影响因素进行分析评判。纵观全文,得出以下结论:（1）经20次、50次、100次热循环测试,制备的石墨泡沫/共晶盐的泄漏量分别为0.33%、2.99%、4.60%,且材料物质结构几乎没有变化。结果表明该复合相变材料在使用中具有较强的稳定性,使用周期长,应用价值高。（2）对纯共晶盐与石墨泡沫/共晶盐相变过程模拟研究发现:石墨泡沫/共晶盐导热系数高,减少了总熔化（凝固）时间,提高了相变过程传热速率;石墨泡沫的局部热非平衡模型对显热温度场影响极低,对相变过程温度场影响较大;局部热非平衡模型能够客观的反映复合相变材料的相变过程,更能从机理解释石墨泡沫/共晶盐相变过程中能量的传递;石墨泡沫的加入,降... 

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 石墨泡沫及相变储能材料的研究现状
        1.2.1 石墨泡沫的研究现状
        1.2.2 熔融盐相变储能材料研究现状
        1.2.3 强化PCM传热性能的研究
    1.3 储能系统的研究现状
    1.4 本文的主要研究内容
2 石墨泡沫/共晶盐复合相变材料制备
    2.1 实验准备
        2.1.1 材料制备实验准备
        2.1.2 测试实验选择
    2.2 共晶盐的制备研究
        2.2.1 不同配比共晶盐的制备
        2.2.2 共晶盐相变特性分析
    2.3 复合相变材料注入比研究
        2.3.1 复合相变材料的制备
        2.3.2 复合相变材料注入比
        2.3.3 实验参数对注入比的影响分析
    2.4 稳定性分析
        2.4.1 共晶盐的稳定性分析
        2.4.2 复合相变材料的稳定性测试与分析
    2.5 本章小结
3 模型的建立与验证
    3.1 相变传热的数学模型
        3.1.1 温度法模型
        3.1.2 焓法模型
    3.2 FLUENT熔化/凝固模型介绍
    3.3 模型的建立
        3.3.1 物理模型
        3.3.2 数学模型及计算方法
        3.3.3 边界条件及Fluent软件设置
    3.4 模型算法及网格独立性验证
        3.4.1 模型算法验证
        3.4.2 网格独立性考核
    3.5 本章小结
4 储能单元相变过程的数值模拟研究
    4.1 石墨泡沫对共晶盐熔化过程的影响
        4.1.1 石墨泡沫对温度分布的影响
        4.1.2 石墨泡沫对液相分数的影响
    4.2 石墨泡沫对共晶盐凝固过程的影响
        4.2.1 石墨泡沫对温度分布的影响
        4.2.2 石墨泡沫对液相分数的影响
    4.3 局部热非平衡模型对温度场的影响
        4.3.1 熔化过程温度场分析
        4.3.2 凝固过程温度场分析
    4.4 相变过程总储能量的变化
        4.4.1 相变过程中总能量的变化
        4.4.2 平均热流密度
    4.5 本章小结
5 储能单元中影响因素分析
    5.1 进口温度对储能单元性能的影响
        5.1.1 进口温度对总熔化（凝固）时间的影响
        5.1.2 进口温度对总平均热流密度的影响
    5.2 进口速度对储能单元性能的影响
        5.2.1 进口速度对总熔化（凝固）时间的影响
        5.2.2 进口速度对总平均热流密度的影响
    5.3 管长对储能单元性能的影响
        5.3.1 管长对总熔化（凝固）时间的影响
        5.3.2 管长对总平均热流密度的影响
    5.4 换热管间距对储能单元单元的影响
        5.4.1 换热管间距对总熔化（凝固）时间的影响
        5.4.2 换热管间距对总平均热流密度的影响
    5.5 孔隙度对储能单元性能的影响
        5.5.1 孔隙度对总熔化（凝固）时间的影响
        5.5.2 孔隙度对总平均热流密度的影响
    5.6 本章小结
6 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
附录 局部热非平衡模型中有关参数计算过程
参考文献
个人简历与攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能熔盐蓄热罐蓄热过程的性能研究[J]. 王兴,靳智平,刘宏丽.  山西电力. 2015(02)
[2]太阳能储热装置的蓄热性能研究[J]. 马涛,马少波.  太阳能. 2014(09)
[3]太阳能中温相变储热材料的研究进展与展望[J]. 吴建锋,宋谋胜,徐晓虹,成昊,饶郑刚.  材料导报. 2014(17)
[4]利用傅里叶变换红外-拉曼光谱研究金属阳离子对含氧酸根结构的影响[J]. 何书美.  中国测试. 2014(01)
[5]相变蓄热水平套管内凝固过程的数值模拟[J]. 李启宇,赵敬德,李林林,黎荣标.  科技创新导报. 2014(03)
[6]太阳能热发电复合相变蓄热材料的实验研究[J]. 李勇,郭蓓,黄官飞,谭书鹏,河合武,宫保修一,束鹏程.  西安交通大学学报. 2014(03)
[7]泡沫复合相变材料储放热过程的实验数值模拟研究[J]. 盛强,邢玉明.  功能材料. 2013(15)
[8]泡沫石墨/石蜡复合相变材料热物性研究[J]. 肖鑫,张鹏.  工程热物理学报. 2013(03)
[9]同心套管双程流相变蓄热单元蓄放热特性研究[J]. 徐峰,田海川,孙勇,师涌江.  流体机械. 2013(01)
[10]多孔介质蓄热过程中的非热平衡温差分析[J]. 杨小平,杨晓西,左远志.  广东化工. 2013(02)

博士论文
[1]熔融盐高温斜温层混合蓄热的热过程特性[D]. 左远志.华南理工大学 2010
[2]高温相变蓄热材料的制备及性能研究[D]. 王胜林.昆明理工大学 2007

硕士论文
[1]石墨泡沫/共晶盐复合相变材料制备及等效导热系数研究[D]. 罗志军.郑州大学 2014
[2]太阳能热发电高温相变储能材料热物性强化研究[D]. 赵文佳.华北电力大学 2014
[3]多孔石墨泡沫材料的流动及导热性能研究[D]. 凌娅.重庆大学 2012
[4]石墨泡沫强化共晶盐相变蓄热数值模拟研究[D]. 刘树兰.郑州大学 2012
[5]泡沫金属对相变蓄热强化性能的数值模拟及实验研究[D]. 刘凤青.河北科技大学 2010
[6]多孔石墨基相变储能材料的制备及热性能研究[D]. 程立媛.山东轻工业学院 2009
[7]相变蓄热技术的数值模拟研究[D]. 陈俊.郑州大学 2007
[8]金属基相变复合蓄热材料的实验研究[D]. 祁先进.昆明理工大学 2005



本文编号：3649869