相变蓄热换热器的数值模拟及优化设计

发布时间：2017-04-05 19:16

  本文关键词：相变蓄热换热器的数值模拟及优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,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。相变蓄热换热装置充分利用了相变蓄热材料储热密度大、蓄热时温度波动小的特点,对工业余热回收和改善供暖环境起着积极作用。因而,在世界各国都在面临能源危机的今天,新型高效的相变蓄热装置对能源的合理利用有很重要的影响。本文选用赤藻糖醇为相变蓄热材料,并采用带有内环肋和翅片的换热管,设计出了适用于室内的相变蓄热换热器,并对其蓄热过程进行数值模拟和参数优化。首先,根据某一地区冬季室内供暖负荷对相变蓄热器尺寸结构进行了初步设计;建立相变蓄热换热器的物理模型,利用FLUENT软件对蓄热器的相变传热问题建立数学模型进行蓄热过程的数值模拟;而后,研究不同结构对蓄热性能的影响:分析了换热管有无内环肋对蓄热体性能的影响;对比分析不同翅片间距的换热体相变时间和蓄热效率,并对换热管结构进行优化;利用数值模拟数据对相变蓄热换热器的入口流速、入口温度等运行工况进行优化。结果表明:热流体通道内增加内环肋能有效提升相变蓄热器整体性能,获得更好的蓄热效果;换热管翅片结构对相变蓄热过程有较大影响,选择合理的翅片结构能够改善蓄热器性能。研究发现内环肋换热管管长与管内压降成正比关系,平均每厘米压降为52.8Pa,蓄热效率随着管长增加呈先增加后降低的趋势,最佳管长为400mm;带有翅片的内环肋换热管蓄热器,入口温度为495K,入口流速为12m/s时,相变蓄热换热器性能最好,其蓄热量为668.35kJ,蓄热时间为3458s,蓄热效率为87.3%,在蓄热过程中没有出现热应力集中现象。
【关键词】：相变蓄热器 数值模拟 优化设计 性能分析
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪言8-15
• 1.1 课题研究背景和意义8-9
• 1.1.1 研究背景8-9
• 1.1.2 研究意义9
• 1.2 相变蓄热的研究状况9-14
• 1.2.1 蓄热材料的研究9-11
• 1.2.2 相变蓄热装置容器和换热器的研究11-13
• 1.2.3 相变蓄热系统的数值模拟研究13-14
• 1.3 本课题研究内容14-15
• 2 相变蓄热理论及数值计算方法15-27
• 2.1 相变传热的特点15-16
• 2.2 相变传热研究16-19
• 2.2.1 焓法模型17-18
• 2.2.2 显热容法模型18-19
• 2.3 相变传热的数值计算方法19-23
• 2.4 FLUENT软件数值模拟23-26
• 2.4.1 FLUENT软件23-24
• 2.4.2 FLUENT凝固/熔化模型24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 相变蓄热换热器设计及数值模拟27-38
• 3.1 系统设计27-29
• 3.2 相变蓄热换热装置结构设计及封装29-33
• 3.3 数值模拟33-36
• 3.3.1 物理模型33-34
• 3.3.2 数学模型的建立34-35
• 3.3.3 数值模拟具体步骤35-36
• 3.4 本章小结36-38
• 4 内环肋翅片相变蓄热体蓄热性能数值模拟38-52
• 4.1 相变蓄热换热器蓄热过程数值模拟分析38-41
• 4.2 内环肋对相变蓄热性能的影响41-45
• 4.2.1 相变蓄热换热管内热流体流动特性分析41-42
• 4.2.2 相变蓄热换热体内部传热特性分析42-43
• 4.2.3 综合分析场协同原理43-45
• 4.3 翅片对相变蓄热性能的影响分析45-51
• 4.3.1 有无翅片对相变蓄热性能的影响46-47
• 4.3.2 翅间距对相变蓄热性能的影响47-49
• 4.3.3 翅片高度对相变蓄热性能的影响49-50
• 4.3.4 增加翅片对相变蓄热体蓄热容量的影响50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 5 相变蓄热换热器的参数优化52-60
• 5.1 相变蓄热体换热管长度优化52-55
• 5.2 相变蓄热体运行参数优化55-59
• 5.2.1 入.温度参数优化55-56
• 5.2.2 入.流速参数优化56-58
• 5.2.3 优化结果分析58-59
• 5.3 本章小结59-60
• 结论与展望60-62
• 致谢62-64
• 参考文献64-68
• 附录 攻读硕士研究生期间论文发表情况68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 杜海存;谢鹏;戴源德;杨建敏;;空气源-地板辐射采暖系统的应用研究[J];江西能源;2007年04期

2 华建社;焦勇;王建宏;;Al-Si/Al_2O_3高温复合相变蓄热材料的研究[J];热加工工艺;2012年08期

3 崔海亭,袁修干,邢玉明;高温相变蓄热容器的优化设计及参数分析[J];太阳能学报;2003年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王t1;汽车余热相变蓄能传热分析[D];吉林大学;2007年

2 谢鹏;相变蓄热式太阳能低温地板辐射采暖的设计及性能研究[D];南昌大学;2008年

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本文编号：287558