泡沫金属/翅片填充管蓄热性能的实验研究

发布时间：2021-04-02 03:04

　　为了研究蓄热装置内填充复合相变材料后的蓄热性能,设计了一种填充通孔泡沫金属和环形翅片的圆柱形蓄热罐,搭建了固液相变储热实验系统,并基于此系统对其熔化过程进行了实验研究,记录了相变材料内的实时温度响应数据。研究结果表明:与泡沫金属管相比,泡沫金属/翅片管加速了石蜡的熔化过程,缩短了整体相变时间;在实验工况下,完全熔化时间减少16.7%;然而,翅片的加入虽加速了顶部石蜡的熔化,但会抑制底部石蜡的熔化,使得石蜡内部不同高度间的温差扩大,温度均匀性降低;此外,通过提高流量可以显著增强装置的蓄热响应速度,从而提高最终稳定温度。 

【文章来源】：西安交通大学学报. 2019,53(01)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图１泡沫金属填充石蜡前后照片（ｂ）

交通大学学报第５３卷ｈｔｔｐ：∥ｚｋｘｂ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ石蜡注入到泡沫铜中，待石蜡凝固后取出形成的石蜡／泡沫金属复合相变材料。本实验对比了两种复合相变材料填充换热管的固液储热性能，一种为石蜡／泡沫金属复合材料填充管，另一种是在泡沫金属间隙中每隔５０ｍｍ填充２ｍｍ厚的圆环铜片。１．２实验系统本实验为了研究泡沫金属填充管、泡沫金属／翅片填充管对蓄热过程的强化作用，搭建了一套相变换热实验系统，如图２所示，主要由换热流体循环系统、蓄热换热管测试系统和数据采集系统组成。换热流体循环系统主要由恒温水箱、流量计、硅胶管和阀门组成；测试系统主要由有机玻璃外管和紫铜内管组成的环形蓄热换热管以及环形间隙中填充的复合相变材料组成；数据采集系统由热电偶、流量计和数据采集仪Ａｇｉｌｅｎｔ３４９７０Ａ组成，其中热电偶的采集精度为０．１℃，恒温水箱的温控精度为０．１℃，流量计的测量误差为±１％。图２实验系统示意图选用恒温水箱产生的７０℃纯水作为换热流体，从铜管顶部注入。选用石蜡为相变储热材料，其热物性参数如表１所示。实验设计了一个同心圆柱式蓄热管，高度为３００ｍｍ，管外径为１００ｍｍ，内径为９０ｍｍ。本文设计了两种不同结构的换热管用于实验：一个是环形间隙填充泡沫金属的换热管；另一个是环形间隙填充泡沫金属和翅片的换热管，在３００ｍｍ的高度方向等间距分布有５片环形翅片，将其焊接在铜管上，间隔为５０ｍｍ，如图３所示。在

２实验系统示意图选用恒温水箱产生的７０℃纯水作为换热流体，从铜管顶部注入。选用石蜡为相变储热材料，其热物性参数如表１所示。实验设计了一个同心圆柱式蓄热管，高度为３００ｍｍ，管外径为１００ｍｍ，内径为９０ｍｍ。本文设计了两种不同结构的换热管用于实验：一个是环形间隙填充泡沫金属的换热管；另一个是环形间隙填充泡沫金属和翅片的换热管，在３００ｍｍ的高度方向等间距分布有５片环形翅片，将其焊接在铜管上，间隔为５０ｍｍ，如图３所示。在两种换热管制备过程中为了降低泡沫金属与铜管的接触热阻，采用导热胶（导热系数为２５Ｗ·ｍ－１·Ｋ－１）作为粘接剂，均匀涂抹于泡沫金属与铜管之间的接触面上。由于石蜡类材料相变吸热后体积的膨胀率在１０％左右，因此从换热管底面至２７０ｍｍ高度处填充满泡沫铜，上部留有３０ｍｍ的空腔用于石蜡膨胀。数据采集段的测点布置如图３所示，用２０根Ｔ型热电偶监测系统的实时温度，其中２根分别布置在铜管的入口处和出口处，其余均布置在蓄热管内。表２给出了每根热电偶的径向距离Ｒ与垂直高度Ｈ。表１石蜡的热物性参数参数数值熔点／℃４６．５～６０．４熔解热／ｋＪ·ｋｇ－１１０２．１比热容／Ｊ·ｋｇ－１·Ｋ－１３２５０导热系数／Ｗ·ｍ－１·Ｋ－１０．２５（固）／０．１（液）黏性系数／ｋｇ·ｍ－１·ｓ－１３．７×１０－３热膨胀系数／Ｋ－１１．０×１０－３图３泡沫金属／翅片填充


本文编号：3114468