单元组装式太阳能储热装置的蓄热性能研究

发布时间：2020-10-17 04:58

　　 太阳能热利用是可再生能源中最具有广泛应用前景中的一种，但是其开发利用受到昼夜更迭、四季轮回、天气变化的影响，能量供给不稳定。因此，开发经济、实用、可模块化生产的单元组装式太阳能储热装置，将单元标准化，进而将标准化的产品进行组装，实现能量叠加，从而能够与用户更好的实现对接，解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾,实现以上事实，首先需了解每一单元的蓄热性能，因此对储热单元的蓄热性能展开研究，具有非常重要的现实意义。 本文选择目前应用广泛的中温相变材料熔盐和设计一种可单元组装的太阳能储热装置结构，对其蓄热过程进行了实验分析和数值模拟研究。 首先，根据能量供求关系，设计一种单元组装式太阳能储热装置，搭建光热转换系统实验台进行实验研究，通过取热实验，初步估算了储热装置的经济效益。结果表明：自然对流对相变材料起到加速其熔化，延缓其凝固的作用，并且储热装置内上层温度变化速率大于下层温度变化速率，传热温差越大，蓄热时间越短。 其次，通过建立物理模型，利用Fluent软件中的熔化/凝固模型对相变材料的蓄热过程进行数值分析，通过数值模拟和实验结果的对比，验证了所建立数学模型的可靠性，获得了不同初始条件下，相变材料的熔化过程随时间的变化关系，并得到了相变时间、蓄热时间与传热介质流速、温差的关系表达式。对光热系统以及储热装置的设计提供了参考依据。 最后，采用强化传热-螺纹管换热器结构和双循环螺旋管换热器结构，通过强化传热前后的温度场对比，结果表明： （1）采用螺纹管换热器强化传热后，相变材料一定程度上加快了蓄热速度，相变时间提高了约35%，蓄热时间提高了约20%，得到了传热介质流量、温差与相变时间、蓄热时间的关系；但储热装置仍然有传热死区现象。 （2）采用双循环螺旋管换热器结构，由于其在储热装置内分布均衡，致使每一平面上温差较小，蓄热速度明显加快，相变时间提高了约50%，蓄热时间提高了约40%，得出采用双循环螺旋管换热器结构解决了相变材料熔化过程中存在传热死区的问题；对强化传热方法的研究及实际工程中的推广应用具有一定的现实意义。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：TK512
【部分图文】：

第二章 实验系统与熔化实验功率，从而控制系统实验所需要的恒温要求。具体工作过程为：关闭阀门 2油桶 1 的温度，启动热油泵，开启可调加热器，导热油在吸热器、集热器，油箱之间的回路循环并加热。当温度接近所设定温度时，关闭阀门 1，开启可调加热器通过温度传感器来调节所需加热功率，温度传感器由温度控制，使油桶 1 内温度保持在实验设定温度，形成吸热器-油桶 1-储热装置-油桶热器-吸热器循环加热回路。

间的回路循环并加热。当温度接近所设定温度时，关闭阀门 1热器通过温度传感器来调节所需加热功率，温度传感器由温桶 1 内温度保持在实验设定温度，形成吸热器-油桶 1-储热装热器循环加热回路。图 2. 1 实验系统工作原理图Fig 2.1 The experimental system principle diagram

合肥工业大学硕士学位论文进而加热流过吸热器的传热介质，聚光比大约为 20~80，最高运行温0℃。式集热器，它是将太阳辐射通过定日镜反射集中到位于高塔顶部的种非成像集热器,其中定日镜由许多平面反射镜组成，聚光比约为 高运行温度为 500℃~2000℃[1]。式聚光集热器，它是通过一个由定焦点的抛物线旋转而成的蝶形集一般可达 1000~3000，最高运行温度可达 2000℃[30]。蝶式集热器聚温度高，可根据用户的需求组成矩阵形式，提供热量，在中高温光性价比较高。本课题根据太阳能光热的发展及需求，采用了太阳能行集热，如图 2.3 所示。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 吴玉庭;朱建坤;张丽娜;马重芳;;高温熔盐的制备及实验研究[J];北京工业大学学报;2007年01期

2 杨明;孟晓风;张卫军;;管壳式换热器的一种优化设计[J];北京航空航天大学学报;2009年05期

3 王增义,刘中良,马重芳;热管式相变蓄热换热器储/放能过程中传热特性的实验研究[J];工程热物理学报;2005年06期

4 吴金星;曹玉春;付卫东;王海峰;;螺旋肋片换热器强化传热数值分析及实验[J];工程热物理学报;2008年05期

5 沈向阳;丁静;彭强;杨建平;;高温熔盐在太阳能热发电中的应用[J];广东化工;2007年11期

6 马建兵,李德峰;熔盐热载体的特点及使用中的若干问题[J];工业锅炉;2002年06期

7 向锡炎;周孑民;陈晓玲;张忠霞;;熔盐炉及熔盐加热系统[J];工业加热;2008年02期

8 罗海兵,陈维汉;蓄热式换热器传热过程的数值模拟[J];化工装备技术;2004年04期

9 阮德水,张道圣,张太平,胡起柱;添加剂对三水合醋酸钠结晶速率的影响[J];华中师范大学学报(自然科学版);1989年01期

10 胡起柱,梁树勇,张太平,阮德水;Na_2SO_4·10H_2O-NaNO_3多温截面[J];华中师范大学学报(自然科学版);1992年02期

本文编号：2844309