低功率储能电炉内熔盐蓄放热特性及强化换热特性分析
发布时间：2022-09-29 14:47
相变储能技术因其储能密度高,成本低廉,蓄/放热过程稳定且易于控制等优势,可有效的解决水电站因“弃水”而造成的能源浪费问题,也就是利用相变材料储能技术将水力发电富裕的水能以热量的形式储存起来,其热能可以二次利用,同时对水电能源的调节起到一定的作用,提高电网的运行安全。然而,由于相变材料导热系数较低,阻碍了蓄热器的传热性能,所以制约了其在储能领域中的大规模应用。目前,国内外有很多学者对蓄热系统的研究大都停留在相变材料的研究和对流换热等方面,对于复杂系统中相变问题的传热过程及机理的研究仍存在较大的困难。为此,本文对相变蓄热装置及相变材料的选取进行了论述,并利用数值模拟的方法研究了低功率储能电炉内相变材料的蓄放热过程,具体如下:首先,本文对比了不同相变蓄热材料,最后选取了KNO3-NaNO3-LiNO3-Ca（NO3）2·4H2O四元混合硝酸盐为储热介质,利用CFD数值模拟的方法研究了有无自然对流时蓄热单元内的传热特性、不同加热功率对蓄热过程的影响以及不同加热方式...
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究背景及意义
1.3 储能系统介绍
1.3.1 抽水蓄能系统
1.3.2 压缩空气储能
1.3.3 飞轮储能
1.3.4 电磁储能
1.3.5 化学储能
1.4 热能存储
1.4.1 显热储热
1.4.2 热化学储热
1.4.3 潜热储热
1.4.4 蓄热换热器
1.5 研究内容
2 相变材料的选择及强化换热技术
2.1 相变材料的分析
2.1.1 相变材料的分类及优缺点
2.1.2 相变材料性能分析
2.2 相变材料强化换热研究现状
2.2.1 增加翅片或肋片强化换热
2.2.2 相变蓄热材料组合式强化换热
2.2.3 添加高导热系数材料强化换热
2.3 本章小结
3 数值模拟方法
3.1 CFD概述
3.1.1 CFD求解过程
3.1.2 Fluent软件介绍
3.2 相变传热数学模型
3.2.1 温度法模型
3.2.2 焓法模型
3.3 数值计算中Solidfication/Melting模型
3.4 相变传热中自然对流问题及数值计算求解方法
3.5 本章小结
4 储能电炉内熔盐蓄放热特性分析
4.1 物理模型
4.2 数值计算模型
4.2.1 边界条件和初始条件
4.2.2 网格划分及无关性验证
4.3 计算结果分析
4.3.1 自然对流对蓄热过程的影响
4.3.2 加热功率对蓄热过程的影响
4.3.3 加热方式对蓄热过程的影响
4.3.4 肋片尺寸对蓄热单元蓄放热特性分析
4.3.5 肋片几何尺寸对凝固过程的影响
4.3.6 材料的物性参数对蓄热过程的影响
4.4 本章小结
5 三维蓄热装置结构设计及换热特性研究
5.1 物理模型
5.2 网格无关性验证
5.3 初始条件与边界条件
5.4 计算结果分析
5.4.1 蓄热过程数值分析
5.4.2 凝固过程数值分析
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆管蓄热器的传热及非线性研究[J]. 陈刚,杨茉,胡卓焕. 热科学与技术. 2020(02)
[2]压缩空气储能系统动态特性及其调节系统[J]. 李盼,杨晨,陈雯,文贤馗,钟晶亮,邓彤天. 中国电机工程学报. 2020(07)
[3]电磁热储能系统中谐振电路的机理研究[J]. 李岩,郭昊,敖前,井永腾. 电工技术学报. 2020(21)
[4]发展化学储能有助于解决弃风、弃光难题[J]. 杨裕生. 电力设备管理. 2020(03)
[5]无水坝抽水蓄能系统高压溶气问题研究[J]. 刘明明,侯付彬,严凯,贲岳,王焕然,李丞宸. 工程热物理学报. 2020(03)
[6]方腔内相变材料固液相变传热研究[J]. 霍宇涛,陈之琳,饶中浩. 工程热物理学报. 2020(03)
[7]矩形单元蓄热特性及结构优化[J]. 周慧琳,邱燕. 储能科学与技术. 2020(04)
[8]矩形蓄热单元内石蜡的相变传热特性[J]. 周慧琳,邱燕. 山东大学学报(工学版). 2019(04)
[9]电气化铁路飞轮储能技术研究[J]. 李群湛,王喜军,黄小红,赵艺,刘宇文,赵思锋. 中国电机工程学报. 2019(07)
[10]风–光–水–碳捕集多区域虚拟电厂协调优化调度[J]. 孙惠娟,蒙锦辉,彭春华. 电网技术. 2019(11)
博士论文
[1]串联式多相变储热实验与数值模拟研究[D]. 王艺斐.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2016
硕士论文
[1]三元氯化盐相变蓄热特性及强化换热研究[D]. 张嘉辉.哈尔滨工业大学 2018
[2]移动式相变蓄热装置蓄放热特性实验与数值计算研究[D]. 颜二彬.山东大学 2018
[3]受限空间内熔盐相变蓄热动态特性数值模拟研究[D]. 吴波.北京工业大学 2018
本文编号：3682786
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究背景及意义
1.3 储能系统介绍
1.3.1 抽水蓄能系统
1.3.2 压缩空气储能
1.3.3 飞轮储能
1.3.4 电磁储能
1.3.5 化学储能
1.4 热能存储
1.4.1 显热储热
1.4.2 热化学储热
1.4.3 潜热储热
1.4.4 蓄热换热器
1.5 研究内容
2 相变材料的选择及强化换热技术
2.1 相变材料的分析
2.1.1 相变材料的分类及优缺点
2.1.2 相变材料性能分析
2.2 相变材料强化换热研究现状
2.2.1 增加翅片或肋片强化换热
2.2.2 相变蓄热材料组合式强化换热
2.2.3 添加高导热系数材料强化换热
2.3 本章小结
3 数值模拟方法
3.1 CFD概述
3.1.1 CFD求解过程
3.1.2 Fluent软件介绍
3.2 相变传热数学模型
3.2.1 温度法模型
3.2.2 焓法模型
3.3 数值计算中Solidfication/Melting模型
3.4 相变传热中自然对流问题及数值计算求解方法
3.5 本章小结
4 储能电炉内熔盐蓄放热特性分析
4.1 物理模型
4.2 数值计算模型
4.2.1 边界条件和初始条件
4.2.2 网格划分及无关性验证
4.3 计算结果分析
4.3.1 自然对流对蓄热过程的影响
4.3.2 加热功率对蓄热过程的影响
4.3.3 加热方式对蓄热过程的影响
4.3.4 肋片尺寸对蓄热单元蓄放热特性分析
4.3.5 肋片几何尺寸对凝固过程的影响
4.3.6 材料的物性参数对蓄热过程的影响
4.4 本章小结
5 三维蓄热装置结构设计及换热特性研究
5.1 物理模型
5.2 网格无关性验证
5.3 初始条件与边界条件
5.4 计算结果分析
5.4.1 蓄热过程数值分析
5.4.2 凝固过程数值分析
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆管蓄热器的传热及非线性研究[J]. 陈刚,杨茉,胡卓焕. 热科学与技术. 2020(02)
[2]压缩空气储能系统动态特性及其调节系统[J]. 李盼,杨晨,陈雯,文贤馗,钟晶亮,邓彤天. 中国电机工程学报. 2020(07)
[3]电磁热储能系统中谐振电路的机理研究[J]. 李岩,郭昊,敖前,井永腾. 电工技术学报. 2020(21)
[4]发展化学储能有助于解决弃风、弃光难题[J]. 杨裕生. 电力设备管理. 2020(03)
[5]无水坝抽水蓄能系统高压溶气问题研究[J]. 刘明明,侯付彬,严凯,贲岳,王焕然,李丞宸. 工程热物理学报. 2020(03)
[6]方腔内相变材料固液相变传热研究[J]. 霍宇涛,陈之琳,饶中浩. 工程热物理学报. 2020(03)
[7]矩形单元蓄热特性及结构优化[J]. 周慧琳,邱燕. 储能科学与技术. 2020(04)
[8]矩形蓄热单元内石蜡的相变传热特性[J]. 周慧琳,邱燕. 山东大学学报(工学版). 2019(04)
[9]电气化铁路飞轮储能技术研究[J]. 李群湛,王喜军,黄小红,赵艺,刘宇文,赵思锋. 中国电机工程学报. 2019(07)
[10]风–光–水–碳捕集多区域虚拟电厂协调优化调度[J]. 孙惠娟,蒙锦辉,彭春华. 电网技术. 2019(11)
博士论文
[1]串联式多相变储热实验与数值模拟研究[D]. 王艺斐.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2016
硕士论文
[1]三元氯化盐相变蓄热特性及强化换热研究[D]. 张嘉辉.哈尔滨工业大学 2018
[2]移动式相变蓄热装置蓄放热特性实验与数值计算研究[D]. 颜二彬.山东大学 2018
[3]受限空间内熔盐相变蓄热动态特性数值模拟研究[D]. 吴波.北京工业大学 2018
本文编号：3682786
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