相变储热装置传热强化的实验研究

发布时间：2017-05-08 19:07

  本文关键词：相变储热装置传热强化的实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 当今能源危机和环境污染已成为社会发展面临的两大难题,开发利用可再生能源与工业废热对节能和环保具有重要的现实意义。相变储热系统通过相变材料相变时需要吸收(或放出)大量热量的性质实现能量存储,这对于解决太阳能与工业废热在供求时间上的不一致问题,以及实现电力的“移峰填谷”,具有重要的实用价值。因此,相变储热技术作为一种能量存储的新技术,已经引起了学术界和工业界的多方关注。但是,当相变材料、运行工况一定的情况下,最为突出的一个问题是大多数相变材料(特别是目前用的较多的有机相变材料)的导热系数都很低。因此,如何提高相变储热装置传热性能的研究也日益成为人们关注的热点。 本文在已有理论和研究的基础上,就如何提高相变储热装置的传热性能进行了探讨。首先,对储热及相变储热的应用做了介绍,同时对不同种相变储热的方式进行了介绍比较,指出固-液相变储热具有广泛的开发应用前景。并在对多种相变材料做全面比较以及DSC分析的基础上,确定选用北京化学试剂公司提供的硬脂酸(C18H36O2)作为本文的相变材料(PCM),其熔点(相变温度)适中,相变潜热较大,这些特性使其成为一种中常温相变储热装置中理想的相变储热介质。 选定了相变材料后,本文通过对多种强化相变储热装置传热特性方式比较分析的基础上,确定了以添加肋片的方式作为本文中强化相变储热装置换热特性的主要的方式,并将其作为本实验的主要研究对象。为此,本文设计了三种不同形状的肋片,分别为圆形肋片、纵形肋片和螺旋形肋片。 在选定相变材料和强化方式后,本文搭建了强化相变储热系统换热性能实验台。该实验台由相变储热系统和三个辅助系统组成,相变储热系统是一个不锈钢封闭圆筒腔体。三个辅助系统分别为:水路系统,电加热系统和数据采集系统。实验分为相变储热系统的储热和释热过程,即相变材料的融化实验和相变材料的凝固实验。在储热和释热实验中,通过测定在相同的加热功率、相同的冷却水温度和流量时,在相变储热系统中不加肋片,加入肋片、加入不同形状肋片相变储热系统中沿径向不同位置处温度随时间的变化,得出加入肋片后使得相变储热系统径向温度分布均匀,换热得到强化的结论。同时,本文还通过改变加热功率,以及冷却水温和雷诺
【关键词】：相变储热装置 肋片 强化换热 相变材料 换热流体
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题的背景及研究意义12-14
• 1.1.1 能源短缺和环境污染制约当今社会发展12
• 1.1.2 可再生能源的开发利用12-13
• 1.1.3 相变储能的优、缺点及强化相变传热的意义13-14
• 1.2 国内外关于强化相变储能的研究14-18
• 1.2.1 国内外有关强化相变储能的文献综述14-18
• 1.2.2 强化相变储能技术存在的问题18
• 1.3 本课题的主要研究内容18-20
• 第2章 储热及相变储能材料20-33
• 2.1 引言20-21
• 2.2 储热方式分类21-22
• 2.2.1 根据储存的能量形态分类21-22
• 2.2.2 根据蓄热温度范围分类22
• 2.3 相变蓄热的概述22-23
• 2.4 相变潜热储热的实际应用23-27
• 2.4.1 太阳能热储存23-24
• 2.4.2 电力调峰24
• 2.4.3 工业储热应用24-25
• 2.4.4 在农业中的应用[51]25
• 2.4.5 在建筑领域（包括建筑空调和供暖）的应用25-27
• 2.5 所用相变材料的选择27-32
• 2.5.1 相变材料的选择27-29
• 2.5.2 相变材料的DSC分析29-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 实验系统及误差分析33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 实验装置33-37
• 3.2.1 相变蓄热系统33-34
• 3.2.2 辅助系统34-36
• 3.2.3 温度测量36
• 3.2.4 流量测量36
• 3.2.5 功率测量36-37
• 3.2.6 长度测量37
• 3.2.7 数据采集37
• 3.3 实验设备37-38
• 3.3.1 实验仪器37
• 3.3.2 实验元件37-38
• 3.4 实验步骤38-39
• 3.5 实验系统的搭建及调试39-41
• 3.5.1 实验系统的搭建39-40
• 3.5.2 热电偶的标定40-41
• 3.6 实验数据误差分析41-43
• 3.6.1 温度测量误差42
• 3.6.2 流量测量误差42-43
• 3.6.3 质量测量误差43
• 3.6.4 功率测量误差43
• 3.6.5 长度测量误差43
• 3.6.6 其它环节误差43
• 3.7 本章小结43-45
• 第4章 相变储热装置储热过程及强化45-76
• 4.1 引言45
• 4.2 不加肋片相变储热装置的储热性能45-51
• 4.2.1 相变材料的熔化曲线45-47
• 4.2.2 径向温度分布47-49
• 4.2.3 热流密度的影响49-51
• 4.3 加入圆形肋片相变储热装置的储热性能51-59
• 4.3.1 加入圆形肋片相变材料融化曲线51-53
• 4.3.2 加入圆形肋片对PCM温度响应的影响53-55
• 4.3.3 圆形肋片对温度分布的影响及强化传热分析55-59
• 4.4 加入纵形肋片相变储热装置的储热性能59-66
• 4.4.1 加入纵形肋片相变材料熔化曲线59-60
• 4.4.2 加入纵形肋片对PCM温度响应的影响60-62
• 4.4.3 纵形肋片对温度分布的影响及强化传热分析62-66
• 4.5 加入螺旋形肋片相变储热装置的储热性能66-73
• 4.5.1 加入螺旋形肋片相变材料熔化曲线66-67
• 4.5.2 加入螺旋形肋片对PCM温度响应的影响67-70
• 4.5.3 螺旋形肋片对温度分布的影响及强化传热分析70-73
• 4.6 肋片形状对径向温度分布的影响73-75
• 4.6.1 固液界面迁移规律73-74
• 4.6.2 径向温差分布74-75
• 4.7 本章小结75-76
• 第5章 相变储热装置释热过程及强化76-110
• 5.1 引言76
• 5.2 释热过程的实验结果及曲线分析76-86
• 5.2.1 不加肋片相变储热装置释热性能76-81
• 5.2.2 径向温度分布81-82
• 5.2.3 冷却水进口温度对凝固过程的影响82-84
• 5.2.4 冷却雷诺数（流量）的影响84-86
• 5.3 加入圆形肋片相变储热装置的释热性能86-94
• 5.3.1 加入圆形肋片硬脂酸的凝固曲线86-91
• 5.3.2 加入圆形肋片径向温度分布91-93
• 5.3.3 冷却水流量对径向温度分布的影响93-94
• 5.4 加入纵形肋片相变储热装置的释热性能94-102
• 5.4.1 加入纵形肋片硬脂酸的凝固曲线94-99
• 5.4.2 加入纵形肋片径向温度分布99-102
• 5.4.3 冷却水流量对径向温差分布的影响102
• 5.5 加入螺旋形肋片相变储热装置的释热性能102-108
• 5.5.1 加入螺旋形肋片硬脂酸的凝固曲线102-105
• 5.5.2 加入螺旋形肋片径向温度分布105-107
• 5.5.3 冷却水流量对径向温差分布的影响107-108
• 5.6 肋片形状对径向温度分布的影响108-109
• 5.7 本章小结109-110
• 结论110-112
• 参考文献112-117
• 符号表117-118
• 附录118-122
• 附录1118-120
• 附录2120-121
• 附录3121-122
• 攻读学位期间发表的学术论文122-123
• 致谢123

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本文编号：351685