空调蓄冷器相变蓄冷过程的强化传热研究

发布时间：2017-07-18 11:02

  本文关键词：空调蓄冷器相变蓄冷过程的强化传热研究

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【摘要】：能源是社会发展和经济进步的必要条件之一。如何使能源与经济、环境和谐友好的发展,是我国实现现代化目标需要解决的必要问题。尽管近些年我国能源利用率有显著提高,但与发达国家能源利用水平相比依然处于较低水平。蓄冷空调作为“移峰填谷”的重要手段具有降低制冷机装机容量、提高设备运行效率、提升发电设备效率、降低用户侧电费支出等优点。因此,蓄冷空调具有显著地社会意义和经济意义。目前应用较多的蓄冷空调系统为冰蓄冷空调系统。但由于水的凝固点较低,使冰蓄冷空调系统中制冷机的蒸发温度、制冷性能系数(COP)和制冷量低于常规空调,此外,在冰蓄冷空调系统还需配置双工况制冷主机,增加了系统的复杂性。因此,本文提出将组合式相变材料填入PCM换热管,并应用于常规空调用相变蓄冷器中的方法,以达到提升相变蓄冷器的蓄冷性能的目的。主要工作和研究成果如下：(1)建立PCM换热管的物理和数学模型,将筛选出来的三种具有不同相变温度的相变材料填入PCM换热管中,形成组合式相变材料。用ANSYS FLUENT软件模拟了装有组合式相变材料的PCM换热管内的相变蓄冷过程,并通过实验验证了模型的准确性；(2)研究了PCM换热管内不同相变材料组合比例对PCM换热管内液相体积分数、温度分布的影响,分析了不同载冷剂温度下,PCM换热管内液相体积分数及温度分布的变化规律；(3)对比了装有单一相变材料与装有组合式相变材料的PCM换热管内的蓄冷量及蓄冷率,获得了装有组合式相变材料的PCM换热管蓄冷效果更佳的结论,并得到了最佳的相变材料组合比例；(4)建立了组合式相变材料蓄冷器的物理模型和数学模型,通过数值模拟的方法对组合式相变材料蓄冷器内的相变蓄冷过程进行了研究,分析了不同载冷剂进口流量对蓄冷量、组合式相变材料蓄冷器内温度分布、载冷剂出口温度以及组合式相变材料蓄冷器内PCM换热管中液相体积分数的影响。本文构建了不同相变蓄冷介质组合的强化换热方法,扩大了相变蓄冷材料的选择范围,提升了PCM换热管的蓄冷量,为蓄冷器的设计和蓄冷空调系统的优化、常规空调系统蓄冷技术的应用提供理论依据和参考数据。
【关键词】：组合式相变材料 蓄冷空调 蓄冷过程 强化换热
【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】：TB34
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义11-13
• 1.1.1 课题来源11-12
• 1.1.2 研究的目的和意义12-13
• 1.2 相变蓄冷材料(PCM)的研究背景13-15
• 1.3 相变储能设备及其强化换热的国内外研究现状15-18
• 1.4 本文主要研究内容18-20
• 2 相变蓄冷传热理论20-30
• 2.1 相变材料的传热过程分析20-21
• 2.2 PCM换热管数学物理模型21-26
• 2.2.1 物理模型的描述21
• 2.2.2 几何模型21
• 2.2.3 相变区域的数学模型21-24
• 2.2.4 模型的简化24
• 2.2.5 边界条件及初始条件24-25
• 2.2.6 网格的划分及独立性验证25-26
• 2.2.7 计算方法26
• 2.3 PCM换热管蓄冷特性的实验验证分析26-29
• 2.3.1 实验系统26-27
• 2.3.2 实验方法及过程27
• 2.3.3 实验结果与理论计算结果的比较27-28
• 2.3.4 实验结果误差分析28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 相变材料的选择与确定30-34
• 3.1 空调用相变蓄冷材料的选择30
• 3.2 相变材料的选取原则30
• 3.3 相变材料的初选30-31
• 3.4 相变材料的确定31-33
• 3.4.1 不同材料对PCM换热管内液相体积分数的影响31-32
• 3.4.2 不同材料对PCM换热管内温度分布的影响32
• 3.4.3 不同材料对蓄冷性能的影响32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 4 PCM换热管内相变蓄冷过程数值模拟34-47
• 4.1 相变材料组合比例对蓄冷过程的影响34-40
• 4.1.1 相变材料组合比例对液相体积分数的影响34-35
• 4.1.2 相变材料组合比例对PCM换热管内温度分布的影响35-38
• 4.1.3 不同相变材料组合比例对蓄冷量及蓄冷率的影响38-40
• 4.2 载冷剂温度对PCM换热管内蓄冷过程的影响40-45
• 4.2.1 载冷剂温度对PCM换热管内液相体积分数的影响41-42
• 4.2.2 载冷剂温度对PCM换热管内温度分布的影响42-45
• 4.3 本章小结45-47
• 5 组合式相变材料蓄冷器内相变蓄冷过程数值模拟47-57
• 5.1 组合式相变材料蓄冷器的物理模型47-48
• 5.2 数学模型48-49
• 5.3 边界条件及初始条件49
• 5.4 载冷剂进口流量对蓄冷器内相变蓄冷过程的影响49-56
• 5.4.1 载冷剂进口流量对蓄冷器内液相体积分数的影响49-50
• 5.4.2 载冷剂进口流量对蓄冷器内蓄冷率及蓄冷量的影响50-51
• 5.4.3 载冷剂进口流量对蓄冷器内温度分布的影响51-55
• 5.4.4 载冷剂进口流量对出口温度的影响55-56
• 5.5 本章小结56-57
• 结果与展望57-59
• 参考文献59-63
• 攻读学位期间发表的学术论文63-64
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作64-65
• 致谢65

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