基于定型材料相变换热器的开发与数值分析

发布时间：2020-08-09 12:31

【摘要】：20世纪70年代能源危机以来,相变蓄能的研究在发达国家迅速崛起,其研究和应用涉及的领域包括:材料科学、可再生能源、工程热物理、空调和采暖及工业废热利用等领域。相变蓄能的理论研究和应用是在诸多学科领域的交叉研究方向,其发展非常迅速。随着经济的快速发展,我国用电峰谷差现象日益严重,同时城市冬季供暖带来的污染问题也越加严重,为了改善这些问题,加大调节用电负荷和调整冬季供暖用能结构,需要深入研究蓄热技术,开发应用蓄热技术的产品。本文设计了一种新型复合定型相变换热器,运用溶胶凝胶法和真空浸渗法,制备复合定形相变材料PEG/SiO_2/EG。该材料有良好的导热性能、合适的相变温度和相变潜热值,无毒无污染,相变过程不发生泄漏。根据相变传热基本理论和相变装置设计准则,建立一种定型相变换热器的物理模型和数学模型。通过网格划分软件GAMBIT和CFD软件FLUENT对该换热器的传热性能及规律进行模拟求解。搭建上述模型所述的定型相变换热器实验台,通过实验结果验证FLUENT模型的可靠性,并通过实验检验定型相变材料PEG/SiO_2/EG定型效果。设计一种小型定型相变换热器,对光管式、环肋式、纵肋式与钢柱式换热器进行对比研究,结果表面环肋式换热器性能最佳,并研究其入口温度和入口流速对换热器性能的影响。对环肋式定型相变换热器的四个因素(肋高、肋宽、肋间距及管材)设计正交试验,并进行多因素方差分析,找出显著性因素。根据以上研究总结出定型相变换热器设计中的重点与难点,最后设计一种新型定型相变换热器,蓄热与放热效率均在80%左右,可以“模块化”自由拼接。最后,对新型定型相变换热器的应用场合与运行方法做简要介绍。综上所述,本文设计开发的新型复合定型相变换热器,能够同时进行蓄放热过程,体积轻巧,易于封装,能够实现模块化生产。该相变换热器可应用于太阳能供暖或家用供暖末端,应用领域广泛,节能环保。研究结果可以为以后优化此类换热器提供参考,具有重要的理论价值和工程实际意义。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK172

【参考文献】

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本文编号：2787121