电热熔盐换热系统设计与性能研究

发布时间：2017-09-23 16:44

  本文关键词：电热熔盐换热系统设计与性能研究

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【摘要】：熔盐是一种优良的高温传热蓄热介质,有使用温度范围宽、蒸汽压低、热容量大、高温粘度小、热稳定性高以及价廉易得等优点,在新能源领域和高温加热领域具有巨大的应用潜力。国内外在高温熔盐流动与换热方面已开展了一些研究工作,但大多集中在简单管道结构,针对实际应用系统与设备换热过程的公开文献较少,而且以导热油或蒸汽为工质的常规换热系统设计显然不宜简单推广到熔盐系统,因此开展相关研究很有必要。本文作者设计了一套小型电热熔盐换热系统,并对该系统性能进行了具体研究。首先,采用热力计算与数值模拟结合的方法对熔盐炉内熔化及升温过程进行了研究,设计了一套电热熔盐加热炉,该加热炉额定功率15kW,炉内有强化导热翅片,壁面温度不超过熔盐分解温度,在静态加热条件下,4h内可将熔盐全部熔化；设计并制作了换热系统管路电伴热装置,计算并测量了管道伴热元件性能,以典型的伴热元件为例,在60W加热功率下,12min内能使管道内壁温度达到熔盐熔点以上；研制了一种低成本热式熔盐流量传感器,采用该传感器进行了水流量测试验证和熔盐流量测试仿真计算,结果表明该传感器在原理上可用于管内熔盐流量的工程测量。其次,设计并搭建了一套熔盐加热气体的换热系统,对该系统的动态特性(包括预热动态和运行动态)进行了研究。计算并实测了热风预热翅片管换热器的动态过程,结果表明该动态过程时间远小于熔盐加热炉预热时间,说明熔盐加热炉预热是系统预热过程的主要时间瓶颈；同时对运行过程中的动态特性进行了仿真计算,讨论了工况参数变化时系统的过渡特性；建立了熔盐加热气体换热系统的运行程序；所得结果可为系统运行控制提供参考。最后,采用数值模拟方法研究了熔盐加热固体物料的桨叶换热器的流动换热特性,比较了3m2桨叶换热器所用的实心桨叶、封闭空心桨叶和开孔空心桨叶三种换热单元的性能,讨论了典型结构参数和运行参数对换热性能的影响,结果表明开孔空心桨叶的换热能力明显优于实心桨叶和封闭空心桨叶,实际的结构设计应权衡换热、压降和强度等多个因素。
【关键词】：熔盐 电热系统 气体换热系统 桨叶换热器 伴热系统
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题背景10
• 1.2 熔盐换热研究现状10-17
• 1.2.1 熔盐的种类10-11
• 1.2.2 熔盐流动与换热研究11-13
• 1.2.3 熔盐加热系统研究13-14
• 1.2.4 熔盐换热器研究14-16
• 1.2.5 熔盐换热系统研究16-17
• 1.3 本文主要工作内容17-18
• 2 电热熔盐加热系统设计18-41
• 2.1 电热熔盐炉仿真与设计18-26
• 2.1.1 熔盐炉炉体18-19
• 2.1.2 熔盐炉电加热器19-20
• 2.1.3 炉体内部结构设计20-25
• 2.1.4 设计结果25-26
• 2.2 熔盐系统管道伴热设计与分析26-35
• 2.2.1 熔盐系统管道及伴热布置26-27
• 2.2.2 启动阶段管道动态特性27-30
• 2.2.3 管道伴热实验研究30-35
• 2.3 熔盐流量测量35-39
• 2.3.1 熔盐流量测量原理介绍35-36
• 2.3.2 水流量测量实验36-38
• 2.3.3 熔盐流量测量仿真38-39
• 2.4 其他系统部件说明39-41
• 3 电热熔盐气体换热系统研究41-61
• 3.1 翅片管换热器设计41-44
• 3.2 换热器预热动态特性实验研究44-48
• 3.2.1 实验准备45-46
• 3.2.2 实验步骤46
• 3.2.3 实验数据分析46-48
• 3.3 气体换热系统运行动态特性模拟研究48-59
• 3.3.1 气体换热系统模型48-49
• 3.3.2 模型控制方程49-52
• 3.3.3 算法介绍52-55
• 3.3.4 结果分析55-59
• 3.4 本章小结59-61
• 4 电热熔盐桨叶换热器仿真研究61-75
• 4.1 熔盐桨叶换热器61-63
• 4.2 桨叶换热器仿真模型63-66
• 4.2.1 物理模型63-64
• 4.2.2 数学模型64-65
• 4.2.3 边界条件及假设65-66
• 4.3 结果与讨论66-73
• 4.3.1 三种桨叶结构结果分析66-68
• 4.3.2 开孔空心桨叶结构研究68-72
• 4.3.3 高温旋转接头改进结果研究72-73
• 4.4 本章小结73-75
• 5 结论75-77
• 5.1 结论75
• 5.2 下一步工作75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-82
• 附录82

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本文编号：906382