具有相变蓄热体的蓄热换热器研究

发布时间：2017-06-15 20:12

  本文关键词：具有相变蓄热体的蓄热换热器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：能源是人类发展的基础物质条件，严峻的能源形势要求开展节能减排和开发新能源，而蓄热技术能够将化工生产及许多工业过程中排放的不连续、不稳定的能量储存起来，可缓解能源供给与需求失配的矛盾，是节能减排的有效途径之一。相变蓄热因其蓄能密度大、蓄热温差变化小、容易控制等优点而成为最有发展前途的蓄热技术之一。与此同时相变蓄热高效储能的实现离不开蓄热性能优良的相变材料和换热性能良好地蓄热装置，本文在研究相变蓄热理论的基础上提出了一种横纹槽翅片管相变蓄热体，并利用Fluent软件模拟了其蓄放热性能，探讨了其结构参数对相变蓄放热的影响规律。本文具体研究内容及结论如下： ⑴首先，从理论上介绍相变材料的热物性、相变材料的选择、相变传热的强化及相变蓄热数值求解方法；其次，对相变蓄热体进行模拟研究，分析不同结构相变蓄热体在蓄放热过程的传热特性和载热流体的流动和传热特性；最后探讨横纹槽翅片管结构参数对相变蓄放热的影响。 ⑵不同结构相变蓄热体蓄热过程模拟结果表明：①相变蓄热体结构不影响烟气流速沿流道中心向两侧呈近似抛物线分布，但横纹槽管相变蓄热体流道内气体流速波动大，压降比光管相变蓄热体增大了约3.97倍；②横纹槽强化烟气传热，蓄热时横纹槽相变蓄热体烟气出口温度比光管烟气出口温度降低了34.4K；③横纹槽翅片管相变蓄热体相变材料熔化最快，蓄热周期最短，横纹槽翅片管相变蓄热体完全熔化时间比翅片管相变蓄热体、横纹槽管相变蓄热体、光管相变蓄热体约分别缩短了10.7%，28.6%，42.9%。 ⑶不同结构相变蓄热体放热过程模拟结果表明：①横纹槽强化空气换热，放热时横纹槽相变蓄热体空气出口温度比光管相变蓄热体出口温度约高14.1K；②翅片强化相变材料传热，横纹槽翅片管相变蓄热体相变材料凝固最快，放热周期最短，横纹槽翅片管相变蓄热体完全凝固时间比翅片管相变蓄热体、横纹槽管相变蓄热体、光管相变蓄热体分别缩短了7.7%，17.9%，30.8%，且相同相变蓄热体相变材料凝固速度远小于其熔化化速度。 ⑷改变横纹槽翅片管结构参数，，相变蓄热体蓄放热过程模拟结果表明：①翅片厚度基本不影响相变蓄放热过程，相变蓄热体平均蓄放热流密度以及出口流体温度变化不大；②翅片高度、间距以及横纹槽环肋高度和节距对相变蓄热体蓄放热性能影响较大，蓄热状态横纹槽翅片管相变蓄热体平均热流密度约分别是翅片管相变蓄热体、横纹槽管相变蓄热体、光管相变蓄热体平均热流密度的3.24倍、3.64倍、5.08倍；放热状态横纹槽翅片管相变蓄热体平均热流密度约分别是翅片管相变蓄热体、横纹槽管相变蓄热体、光管相变蓄热体平均热流密度的1.35倍。
【关键词】：相变传热 PCM 蓄热式换热器 余热回收 数值模拟
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.1.1 本文研究背景和意义11-12
• 1.2 国内外相变蓄热技术研究进展12-18
• 1.2.1 相变蓄热技术理论研究12-15
• 1.2.2 相变蓄热技术工程应用15-18
• 1.3 本文主要研究内容和研究目标18-19
• 第二章 相变蓄热装置及相变传热问题的数值求解方法19-33
• 2.1 引言19-23
• 2.1.1 相变材料简介19-21
• 2.1.2 相变材料的选择21-22
• 2.1.3 相变材料强化传热技术22-23
• 2.2 相变蓄热式热交换器23-27
• 2.3 相变储能问题的数值求解模型及分析软件27-32
• 2.3.1 相变储能求解的数学模型27-30
• 2.3.2 Fluent 软件基本介绍30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 相变蓄热体蓄热过程的数值模拟33-66
• 3.1 引言33
• 3.2 相变蓄热数值求解模型33-38
• 3.2.1 相变蓄热物理模型33-34
• 3.2.2 相变蓄热数学模型34-35
• 3.2.3 边界条件和初始条件设置35-36
• 3.2.4 数值求解方法及参数设置36-38
• 3.3 相变蓄热数值模拟结果及分析38-52
• 3.3.1 相变蓄热体内流体流动特性分析38-40
• 3.3.2 相变蓄热体内流体传热特性分析40-43
• 3.3.3 相变材料熔化特性分析43-52
• 3.4 相变放热数值模拟与结果分析52-64
• 3.4.1 相变蓄热体内冷空气传热特性分析52-55
• 3.4.2 相变材料凝固特性分析55-64
• 3.5 本章小结64-66
• 第四章 横纹槽翅片管相变蓄热体蓄放热过程的数值模拟66-87
• 4.1 引言66
• 4.2 横纹槽翅片管相变蓄热体蓄热性能的数值研究66-76
• 4.2.1 翅片高度对相变蓄热体蓄热性能的影响66-68
• 4.2.2 翅片间距对相变蓄热体蓄热性能的影响68-70
• 4.2.3 翅片厚度对相变蓄热体蓄热性能的影响70-72
• 4.2.4 横纹槽环肋高度对相变蓄热体蓄热性能的影响72-74
• 4.2.5 横纹槽节距对相变蓄热体蓄热性能的影响74-76
• 4.3 横纹槽翅片管相变蓄热体放热性能数值研究76-85
• 4.3.1 翅片高度对相变蓄热体放热性能的影响76-78
• 4.3.2 翅片间距对相变蓄热体放热性能的影响78-80
• 4.3.3 翅片厚度对相变蓄热体放热性能的影响80-82
• 4.3.4 横纹槽管环肋高度对相变蓄热体放热性能的影响82-83
• 4.3.5 横纹槽管节距对相变蓄热体放热性能的影响83-85
• 4.4 本章小结85-87
• 结论与展望87-89
• 研究总结87-88
• 展望88-89
• 参考文献89-94
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果94-95
• 致谢95-96
• 附件96

【参考文献】

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本文编号：453409