螺旋管蓄热罐与球形胶囊蓄热器的传热研究

发布时间：2020-08-17 18:52

【摘要】：目前,中国与世界上的国家一样处于飞速发展的阶段,中国的发展在能源与环境,经济与气候等问题日益重视。因此,加快新能源的发展与可再生能源的研究已经达成世界共识与一致行动,其中,太阳能利用受到广泛的关注。考虑到太阳能的不确定性因素,储能成为各国研究的一个热题。本文主要对蓄热体进行研究,主要分为显热蓄热和潜热蓄热。显热蓄热采用单螺旋管圆柱混凝土蓄热罐。其中,水作为传热介质,高温混凝土作为蓄热介质,研究蓄热流体的不同温度和速度等影响因素对蓄热时间的影响。得到其监测点温度随时间的变化趋势和温度场的情况变化。此外,对变节距螺旋管模型进行研究,并与等节距螺旋管的影响因素进行对比分析。潜热蓄热采用球形胶囊模型,对球形胶囊石蜡-水进行实验分析,得出相变材料的熔点,根据实验参数,采用FLUENT进行模拟,与实验结果进行对比分析,验证模拟的准确性。根据模拟结果对球形胶囊模型进行优化,在胶囊内部添加翅片增强传热,并对翅片长度和胶囊的尺寸等影响因素进行分析。结果表明,单螺旋蓄热罐随着入口流速的增加,蓄热罐的温度也相应增加。随着入口温度的增加,流体与蓄热材料的换热效果也就越明显。随着流速的增大,其流速不再是影响蓄热的主要因素,入口温度对蓄热的影响越来越重要,且变节距所需要的加载时间相对于等节距提高了传热效率。变节距螺旋管相对于等节距螺旋管,其加载时间缩短。搭建了石蜡作为相变材料的恒温水浴试验平台,获得石蜡(RT 27)的相变区间为299~305K,温度变化很小,释放大量的潜热且持续时间较长。将模拟结果和实验结果进行对比,验证了胶囊内添加翅片的熔化模型的准确性。建立了球形胶囊潜热蓄热模型,球形胶囊内部增加翅片增强换热,与无翅片胶囊蓄热相比,胶囊内添加翅片传热增强相变材料的熔化。随着翅片长度的增加,胶囊内温度升高并趋于平稳。改变胶囊尺寸,监测点温度到达772K时所需要的时间随着随着胶囊尺寸越大,加载时间越长。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK513.5
【图文】：

分布图,太阳能资源,分布图

年辐射量/MJ/m2包含的主要区域源最丰富6680~8400甘肃北部、宁夏北部青海西部、新疆南部源较丰富5852~6680山西北部、内蒙南部甘肃中部、西藏东南源中等的5016~5852河南、山东、河北东辽宁、山西北部、云源较差的4180~5016广西、湖北、湖南、山西南部、安徽南部源最差的3344~4180 四川大部分地区、贵的太阳能年辐射日照时间大于 2200h 的地区占总取之不尽，用之不竭，又有良好的经济性[10-13]。图[14]。

垂直分布,单元系统,横向,纵向

混凝土具有良好的蓄热性能，且混凝土的造价偏低，操作简单，适用于太发电站蓄热材料。且在我国广袤沙地，具有制备混凝土所需要的原材料，为土作为蓄热材料提供了优势。.2.1.3 显热蓄热材料结构的研究现状北京工业大学鹿院卫等[64]为降低熔融盐显热储热成本，提出了在储热罐内浸没式换热器实现熔盐蓄热和释放的新方法，在分析熔融盐单罐储热原理的上采用 FLUENT 模拟分析垂直分布交错排列水平圆柱表面熔融盐自然对流规律。研究结果发现为增强管排表面的对流换热，圆柱间垂直间距不宜过小平间距不宜过大。西班牙太阳能实验基地（PSA）项目中，Laing 等[65]以高凝土和陶瓷作为蓄热材料，并对蓄热单元的不同结构进行了对比。朱教群采LUENT 模拟对钢管排练方式由平行改为三角错排，在横截面中面积保持不变传热性能增强。Shabgard 等对蓄热介质与蓄热单元的两种流动换热方向进行分析。研究结果表明系统（a）比系统（b）的传热效果好，如图 1.3 所示。.4 是典型的 LHTS 蓄热单元[66]，研究流体平行于管壳和蓄热介质冲刷球床的结构。

单元系统,纵向,横向,蓄热介质

如图 1.3 所示。图1.4 是典型的 LHTS 蓄热单元[66]，研究流体平行于管壳和蓄热介质冲刷球床的蓄热结构。图 1.3 纵向（a）和横向（b）冲刷蓄热单元系统图

【参考文献】