相变蓄热罐的模拟与优化

发布时间：2021-04-24 15:02

　　随着能源危机的加剧以及传统能源对环境的污染,促使人们对新能源的需求日趋紧迫。太阳能作为一种新能源具有资源丰富、可免费使用、无需运输、对环境无污染的优点,越来越得到人们的重视。但是太阳能具有间歇性和不稳定的特点,能量供求双方在时间以及强度上的不匹配使其应用受到了限制,蓄热技术是解决该难题的有效手段。相变蓄热系统以其储热密度大、热效率高、吸放热稳定、容易控制运行的优点,日趋成为储能系统的首选,因此对相变蓄热的研究很重要。本文对以石蜡为相变材料的蓄热罐进行三维计算流体力学仿真,考虑了非恒定传热温度,更加符合实际工况,从而能较全面地反映出蓄热单元传热过程中温度场和相变界面的变化规律,并研究了理论计算方法。（1）本文建立了一个三维的、非稳态的、液态石蜡包含自然对流的相变蓄热罐模型,在该模型中取一个蓄热单元进行研究,蓄热单元为圆柱体,内部放置石蜡,中心位置为传热管,热水通过传热管和传热管上的翅片对石蜡进行加热。模拟结果表明：石蜡在熔化过程中经历了四个阶段：热传导过程、相变蓄热过程、自然对流强化换热过程和换热减弱过程。自然对流对熔化的影响主要体现在石蜡与传热管之间变为对流换热,增大了传热系数,另一方... 

【文章来源】：昆明理工大学云南省

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 热能储存的方式
    1.3 蓄热材料介绍
        1.3.1 根据蓄热材料化学组成分类
        1.3.2 根据蓄热温度范围进行分类
        1.3.3 相变蓄热材料的选择原则
        1.3.4 相变蓄热材料的应用
    1.4 论文选题背景及意义
    1.5 相变蓄热技术国内外研究现状
    1.6 本论文所作的工作
第二章 相变蓄热的理论基础
    2.1 引言
    2.2 相变传热的数学模型
        2.2.1 相变传热中的主要数学模型
        2.2.2 数学模型的求解方法
    2.3 一维相变传热问题
    2.4 多维相变传热问题
        2.4.1 有限差分法
            2.4.1.1 温度法模型中的有限差分法
            2.4.1.2 焓法模型中的有限差分法
        2.4.2 有限元法
    2.5 本章小结
第三章 相变蓄热罐的数值模拟
    3.1 CFD介绍
    3.2 CFD的特点与工作步骤
        3.2.1 CFD的特点
        3.2.2 CFD的工作步骤
    3.3 二维蓄热单元模型的建立
        3.3.1 物理模型
        3.3.2 二维蓄热单元模拟
    3.4 三维蓄热单元模型的建立
        3.4.1 三维相变蓄热单元的物理模型
        3.4.2 蓄热罐传热的数学模型
            3.4.2.1 管内湍流区域的数学模型
            3.4.2.2 带翅片的传热管区域的数学模型
            3.4.2.3 石蜡相变区域的数学模型
        3.4.3 三维蓄热单元模拟的计算结果及分析
            3.4.3.1 划分三维蓄热单元的网格
            3.4.3.2 三维蓄热单元模拟结果分析
    3.5 蓄热单元熔化过程有影响的因素分析
        3.5.1 蓄热材料物性参数的确定
        3.5.2 蓄热单元模型的简化
        3.5.3 自然对流对熔化过程的影响
        3.5.4 加入翅片对熔化过程的影响
    3.6 本章小结
第四章 蓄热单元内石蜡熔化的数学模型
    4.1 引言
    4.2 蓄热单元数学模型的建立
        4.2.1 二维蓄热单元数学模型的建立
        4.2.2 二维蓄热单元数学模型修正系数
        4.2.3 蓄热单元数学模型添加翅片的修正系数
        4.2.4 三维蓄热单元数学的建立
    4.3 蓄热单元性能模拟及其结果分析
        4.3.1 计算所选取的蓄热单元的数据
        4.3.2 蓄热单元性能模拟
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
作者攻读硕士学位期间的成绩


【参考文献】：
期刊论文
[1]相变蓄热罐传热过程的数值模拟[J]. 王辉涛,刘泛函,王建军,王仕博,王华.  昆明理工大学学报(自然科学版). 2012(06)
[2]圆管外石蜡相变蓄热与释热实验研究[J]. 李新国,李伟,郭英利.  工程热物理学报. 2009(07)
[3]石蜡乳状液储热技术研究进展与应用前景[J]. 邹得球,宋文吉,肖睿,何世辉,黄冲,董凯军,冯自平.  现代化工. 2008(07)
[4]石蜡在管外凝固过程的理论和实验分析[J]. 张奕,张小松.  化工学报. 2008(06)
[5]四丁基溴化铵包络化合物浆在铜管内的对流传热特性[J]. 肖睿,何世辉,黄冲,冯自平,樊栓狮.  化工学报. 2007(09)
[6]板式石蜡储热器传热的数值模拟[J]. 郭茶秀,张务军,魏新利,王定标.  能源技术. 2006(06)
[7]四丁基溴化铵水合物在空调蓄冷中的应用研究[J]. 巫术胜,肖睿,黄冲,唐良广,冯自平,樊栓狮.  制冷学报. 2006(06)
[8]一种新型高温复合相变蓄热材料的制备[J]. 张兴雪,王华,王胜林,张翅远.  昆明理工大学学报(理工版). 2006(05)
[9]土壤蓄冷与释冷过程的模拟与试验验证[J]. 余延顺,马最良,姚杨,李先庭.  太阳能学报. 2006(10)
[10]管内流体换热式相变贮能系统的效率分析[J]. 张海峰,葛新石,叶宏.  化工学报. 2006(05)

硕士论文
[1]石蜡圆管外相变蓄热与释热规律的研究[D]. 郭英利.天津大学 2008
[2]相变蓄热技术的数值模拟研究[D]. 陈俊.郑州大学 2007



本文编号：3157570