相变蓄热水箱的设计及其运行特性的实验研究

发布时间：2018-04-01 14:36

本文选题：相变材料　切入点：肉豆蔻酸　出处：《西南交通大学》2013年硕士论文

【摘要】：相变材料是指在其物态发生变化时候所吸收(释放)大量热量用于能量储存的材料,相变储能是以相变材料为基础的新兴储能技术。将相变材料制成相变单元放置于水箱中,可提高水箱储能密度、减小水箱体积和提供稳定的能量。在余热回收、新能源利用和电力调节等方面的应用具有显热蓄热难以比拟的优势。以实验作为主要的研究手段,从相变材料的遴选、制备、相变蓄热水箱的设计到相变蓄热水箱的运行特性进行了研究。首先分析了相变蓄热材料应用于水箱蓄热的可行性,对比分析同一体积的常规蓄热水箱和相变蓄热水箱之间的蓄热量差别,并以肉豆蔻／膨胀石墨为例,计算出临界蓄热温差为103.1℃,验证了相变蓄热水箱的技术可行性。分析了相变蓄热水箱的设计要点,设计了几种水-相变材料一次换热型和水-相变材料-水二次换热型相变蓄热水箱模型,并阐述了各自的运行机理。其次,综合考虑相变材料的热性能、物理性能、化学性能和技术经济性,确定出相变蓄热水箱所采用的相变材料为肉豆蔻酸,并测试了肉豆蔻酸的热物性参数。针对肉豆蔻酸导热性能较差的特点,首先采用添加石墨粉末对肉豆蔻酸进行强化传热,多次热循环之后添加石墨粉末出现材料分层,最终确定了制备肉豆蔻酸／膨胀石墨复合相变材料作为强化传热的方法,研究了肉豆蔻酸和膨胀石墨的最佳比例,测试了肉豆蔻酸／膨胀石墨复合相变材料的热物性能,并研究了该材料置于球形单元的蓄放热特性。最后,基于一种圆柱体堆积床相变蓄热水箱,搭建了用于测试相变蓄热水箱运行特性的实验平台,并测试了单个圆柱形不锈钢相变单元的蓄放热特性,对圆柱形不锈钢相变单元的尺寸进行了优化研究,确定出应用于相变蓄热水箱的圆柱形不锈钢相变蓄热单元的合适尺寸。在此基础上,进行了相变蓄热水箱的多工况实验研究,主要包括不同蓄热温度下的熔化蓄热实验、不同数量相变单元的凝固放热实验和水箱内不同补水速率下相变单元的凝固放热速率。分析了不同数量相变单元的热水出口温度的变化情况,建立了一套相变蓄热水箱运行特性的实验研究体系。实验结果表明：相变单元的较优尺寸为直径60mm,相变蓄热水箱内最佳水流速度为0.012m/s,在相变蓄热水箱中相变单元数量越多,提供可用热量也就越多,拟合出相变材料占水箱体积百分数与较常规水箱所增加的热水供应时间的函数关系式y=85.3x+0.244,证实相变蓄热水箱较常规水箱能提供更多的热量,提供温度更为稳定的热水,为相变蓄热水箱的设计与应用提供一定的参考。
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【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB34;TU822.2

【参考文献】