微胶囊相变蓄热流体传热特性研究

发布时间：2017-09-29 01:25

  本文关键词：微胶囊相变蓄热流体传热特性研究

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【摘要】：随着我国热电联产机组发展容量越来越大,以及风能等可再生能源比例的不断增大,风与热的冲突在北方地区尤为严重。热电联产机组参与电网调峰的需求也越来越大,本文以微胶囊相变流体作为研究对象,主要针对微胶囊相变流体的物性以及其传热及流动特性进行数值模拟研究,同时也研究了微胶囊相变流体应用于热电联产储热系统对机组调峰能力的影响。首先本文从物理模型角度分析了微胶囊相变流体相比与传统单相流体的物性计算方法,得出了计算微胶囊相变流体密度、导热系数、粘度以及比热等关键物性参数的计算关联式。同时从管内流动能量方程角度,定性的分析了微胶囊相变流体强化传热的影响因素,包括相变潜热导致流体有效比热的增加,以及微胶囊颗粒与载流体间的微对流效应。然后对于微胶囊相变流体部分的数值模拟分为：微胶囊内部融化过程模拟以及微胶囊相变流体管内流动模拟两部分进行。微胶囊内部融化过程采用焓法模型,忽略内部自然对流,求解能量方程。对于粒径dp=40μm的微胶囊内部融化过程进行了详细分析,发现内部融化速率是逐渐变小的,融化过程前63%的时间就能够吸收90%的相变潜热。同时研究了微胶囊粒径以及驱动温差对微胶囊融化时间的影响。研究发现微米级的微胶囊内部融化过程所需时间较小dp=10umm,40umm的微胶囊完全融化所需时间仅为28.4ms,2.3ms,说明微胶囊与载流体间热阻较小,证明了等效比热模型假设的合理性。微胶囊相变流体管内流动过程采用等效比热模型进行数值模拟,分别针对管内低Re的管内层流过程以及高Re的管内湍流过程的管内传热性能进行研究。层流过程模拟主要针对0-30%的微胶囊浓度下以及在0.025m/s-0.1m/s流速条件下管内流动特性及微胶囊融化区域分析。湍流过程主要针对Twall=400K,373K两种边界条件下的管内流体温升过程及传热量分析。最后研究了微胶囊相变流体储热系统对热电联产机组调峰能力的提升,研究使用抽汽式热电联产机组电热特性的数学模型,采用上文所研究的微胶囊相变流体设计储热系统。针对300MW热电联产机组在额定280MW热负荷的条件下,使用微胶囊相变流体储热系统能够使调峰容量从52.20MW提高到92.88MW提高了81.4%。说明储热系统对热电联产机组调峰容量提升具有积极意义。
【关键词】：微胶囊相变流体 等效比热法 热电联产 储热
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 热电联产储热系统的研究进展12-13
• 1.3 微胶囊相变流体研究现状13-17
• 1.3.1 实验研究现状14-16
• 1.3.2 数值模拟研究现状16-17
• 1.4 本文的主要工作17-19
• 第2章 微胶囊相变流体物性及强化传热机理分析19-28
• 2.1 微胶囊相变流体介绍19-20
• 2.1.1 微胶囊颗粒物理结构19-20
• 2.1.2 微胶囊相变流体20
• 2.2 微胶囊相变流体物性参数20-25
• 2.2.1 微胶囊相变流体密度20-21
• 2.2.2 微胶囊相变流体粘度21-22
• 2.2.3 微胶囊相变流体比热容22-23
• 2.2.4 微胶囊相变流体热导率23-25
• 2.3 微胶囊相变流体强化传热机理分析25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 微胶囊颗粒内部融化过程模拟28-36
• 3.1 微胶囊融化模型28-29
• 3.2 微胶囊颗粒融化过程数值模拟29-35
• 3.2.1 融化过程模拟29-32
• 3.2.2 融化时间影响因素分析32-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第4章 微胶囊相变流体管内流动数值模拟研究36-49
• 4.1 数学模型36-38
• 4.1.1 等效比热模型36-38
• 4.2 微胶囊相变流体管内流动数值模拟38-41
• 4.2.1 模型验证39-41
• 4.3 计算结果及分析41-48
• 4.3.1 管内层流工况41-45
• 4.3.2 管内湍流工况45-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第5章 微胶囊相变流体在热电联产系统中的应用研究49-54
• 5.1 热电联产电热特性49-50
• 5.2 加入储热后热电联产机组调峰特性50-51
• 5.3 微胶囊相变流体储热系统51-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第6章 结论与展望54-56
• 6.1 结论54-55
• 6.2 今后研究方向55-56
• 参考文献56-60
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果60-61
• 致谢61

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