蓄能型太阳能热泵系统中复合材料蓄热过程研究
发布时间：2021-06-19 09:30
设计了一种分季节蓄能型太阳能热泵热水系统,集太阳能集热容器、相变储能容器、热管于一体,利用Fluent软件对蓄能型太阳能集热器开展了数值模拟,使用Solidification/Melting和VOF模型模拟癸酸/62#石蜡复合相变材料蓄热过程,并采用Boussinesq近似法考虑了自然对流的影响.结果表明,在集热器内只充灌单一相变材料不能满足不同季节蓄能型热泵系统的供热水需求.由癸酸和62#石蜡组成的复合相变材料在蓄能过程中出现了两个相变温度,分别在32.66℃和59.45℃,可以满足本系统不同季节的蓄热需求.蓄热过程中,由于癸酸和62#石蜡本身密度差以及浮升力的影响,真空管纵向截面出现了温度分层现象.结果可为复合相变储能材料的推广应用提供可靠的理论依据.
【文章来源】：南京师范大学学报(工程技术版). 2020,20(04)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
夏季工况下横截面与纵截面温度场分布
真空管内充灌配比为1∶1的癸酸/62#石蜡复合相变材料，并设置向阳面为恒热流，热流密度为300 W/m2，热管边界设置为耦合边界，真空管内相变材料初始温度为5℃．真空管z=-785.488 5 mm(最中间的横截面)以及y=0(最中间的纵截面)上的温度场分布如图6所示．由图6(a)可知，在蓄热过程的初始阶段，时间为4 000 s时，横截面上等温线沿着向阳面半圆的弧线方向分布，导热起主导作用，紧靠壁面处少量的相变材料达到了癸酸的相变温度，由于只有少量癸酸开始熔化，真空管纵截面温度均匀．当蓄热时间达到8 000 s时，真空管内大约有1/2区域温度已经达到癸酸的相变温度，此时由于浮升力的作用，加速了真空管内部相变材料的熔化，使得靠近管壁的相变材料与集热管内部相变材料之间的温度差变小(如图6(b)所示)．当蓄热时间由8 000 s增加至10 000 s时，集热管内温度继续升高，靠近向阳面的区域已达到62#石蜡的相变温度，使一部分已经熔化的相变材料在浮升力的作用下上浮，从纵截面可以明显看出真空管上部的温度高于下部温度(如图6(c)所示)．当蓄热时间为17 000 s时，此时真空管横截面上相变材料温度均已高于62#石蜡的相变温度，开始以液态显热蓄热(如图6(d)所示)．纵截面上的温度分布出现明显上下两层．随着时间的继续推移，当时间为24 000 s时，横截面上等温线位置不再变化，仅仅温度不断地升高(如图6(e)所示)．而纵截面上出现了与夏季工况相同的上下两个温度分层现象．当到26 000 s时，温度分层现象更为明显稳定(如图6(f)所示)．
蓄能型太阳能热泵热水系统由蓄能型内插热管式太阳能集热器、三股流复合换热器、压缩机、冷凝器、水箱等组成[21]，如图1所示，太阳能集热器由太阳能真空管、热管换热器和复合相变材料组成，热管的蒸发段以U形管形式布置在太阳能真空管内，相变材料填充在热管蒸发段与太阳能真空管之间[22]．本系统有冬夏两种运行模式．夏季不开启热泵系统，夜间时复合相变材料在高相变温度释热，热量从热管的蒸发段传递到置于三股流复合换热器内的冷凝段，直接加热水箱中的水至所需温度．冬季开启热泵系统，夜间时复合相变材料在低相变温度释热，热量通过热管传递给三股流复合换热器中的热泵系统蒸发器管路，通过热泵循环，加热冷凝器侧热水至所需温度．
【参考文献】：
期刊论文
[1]玻璃真空集热管相变储能单元特性实验测试[J]. 贺秀芬,白宇辰,刘洋,王亚雄,段建国. 太阳能学报. 2020(05)
[2]纳米增强型复合相变材料的传热特性[J]. 刘丽辉,莫雅菁,孙小琴,李杰,李传常,谢宝姗. 储能科学与技术. 2020(04)
[3]相变材料耦合太阳能在冬季建筑采暖中的应用[J]. 晁岳鹏. 建筑节能. 2020(04)
[4]石蜡与石蜡/膨胀石墨熔化性能的实验研究[J]. 刘正浩,张小松,王昌领,张牧星. 化工学报. 2020(07)
[5]蓄能材料对内插热管式太阳能热泵系统冬季性能的影响[J]. 吴薇,夏曼,尹正宇,高旭娜,黄金燕,秦芷萱. 农业工程学报. 2020(05)
[6]癸酸-棕榈酸二元复合相变材料的相变特性研究[J]. 费华,顾庆军,王林雅,方敏,蒋达华,罗凯. 太阳能学报. 2020(01)
[7]利用纳米石墨强化正癸酸-十四醇复合相变材料的导热性能[J]. 王博,朱孝钦,胡劲,常静华,陈洋,史杰. 材料导报. 2019(22)
[8]移动式相变蓄热系统数值模拟与优化[J]. 田松峰,刘丹娜,牛腾赟,田鹏. 太阳能学报. 2019(06)
[9]月桂酸-棕榈酸/Al2O3复合定形相变材料的制备与热性能研究[J]. 孙晓璐,苏婧,宋肖飞,蔡以兵,张炜栋. 化工新型材料. 2019(06)
[10]石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料的储热性能研究[J]. 于文艳,王慧娟,田瑞. 功能材料. 2019(04)
硕士论文
[1]相变蓄热型地板辐射采暖系统性能研究[D]. 唐晓磊.天津大学 2018
本文编号：3237556
【文章来源】：南京师范大学学报(工程技术版). 2020,20(04)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
夏季工况下横截面与纵截面温度场分布
真空管内充灌配比为1∶1的癸酸/62#石蜡复合相变材料，并设置向阳面为恒热流，热流密度为300 W/m2，热管边界设置为耦合边界，真空管内相变材料初始温度为5℃．真空管z=-785.488 5 mm(最中间的横截面)以及y=0(最中间的纵截面)上的温度场分布如图6所示．由图6(a)可知，在蓄热过程的初始阶段，时间为4 000 s时，横截面上等温线沿着向阳面半圆的弧线方向分布，导热起主导作用，紧靠壁面处少量的相变材料达到了癸酸的相变温度，由于只有少量癸酸开始熔化，真空管纵截面温度均匀．当蓄热时间达到8 000 s时，真空管内大约有1/2区域温度已经达到癸酸的相变温度，此时由于浮升力的作用，加速了真空管内部相变材料的熔化，使得靠近管壁的相变材料与集热管内部相变材料之间的温度差变小(如图6(b)所示)．当蓄热时间由8 000 s增加至10 000 s时，集热管内温度继续升高，靠近向阳面的区域已达到62#石蜡的相变温度，使一部分已经熔化的相变材料在浮升力的作用下上浮，从纵截面可以明显看出真空管上部的温度高于下部温度(如图6(c)所示)．当蓄热时间为17 000 s时，此时真空管横截面上相变材料温度均已高于62#石蜡的相变温度，开始以液态显热蓄热(如图6(d)所示)．纵截面上的温度分布出现明显上下两层．随着时间的继续推移，当时间为24 000 s时，横截面上等温线位置不再变化，仅仅温度不断地升高(如图6(e)所示)．而纵截面上出现了与夏季工况相同的上下两个温度分层现象．当到26 000 s时，温度分层现象更为明显稳定(如图6(f)所示)．
蓄能型太阳能热泵热水系统由蓄能型内插热管式太阳能集热器、三股流复合换热器、压缩机、冷凝器、水箱等组成[21]，如图1所示，太阳能集热器由太阳能真空管、热管换热器和复合相变材料组成，热管的蒸发段以U形管形式布置在太阳能真空管内，相变材料填充在热管蒸发段与太阳能真空管之间[22]．本系统有冬夏两种运行模式．夏季不开启热泵系统，夜间时复合相变材料在高相变温度释热，热量从热管的蒸发段传递到置于三股流复合换热器内的冷凝段，直接加热水箱中的水至所需温度．冬季开启热泵系统，夜间时复合相变材料在低相变温度释热，热量通过热管传递给三股流复合换热器中的热泵系统蒸发器管路，通过热泵循环，加热冷凝器侧热水至所需温度．
【参考文献】：
期刊论文
[1]玻璃真空集热管相变储能单元特性实验测试[J]. 贺秀芬,白宇辰,刘洋,王亚雄,段建国. 太阳能学报. 2020(05)
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[4]石蜡与石蜡/膨胀石墨熔化性能的实验研究[J]. 刘正浩,张小松,王昌领,张牧星. 化工学报. 2020(07)
[5]蓄能材料对内插热管式太阳能热泵系统冬季性能的影响[J]. 吴薇,夏曼,尹正宇,高旭娜,黄金燕,秦芷萱. 农业工程学报. 2020(05)
[6]癸酸-棕榈酸二元复合相变材料的相变特性研究[J]. 费华,顾庆军,王林雅,方敏,蒋达华,罗凯. 太阳能学报. 2020(01)
[7]利用纳米石墨强化正癸酸-十四醇复合相变材料的导热性能[J]. 王博,朱孝钦,胡劲,常静华,陈洋,史杰. 材料导报. 2019(22)
[8]移动式相变蓄热系统数值模拟与优化[J]. 田松峰,刘丹娜,牛腾赟,田鹏. 太阳能学报. 2019(06)
[9]月桂酸-棕榈酸/Al2O3复合定形相变材料的制备与热性能研究[J]. 孙晓璐,苏婧,宋肖飞,蔡以兵,张炜栋. 化工新型材料. 2019(06)
[10]石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料的储热性能研究[J]. 于文艳,王慧娟,田瑞. 功能材料. 2019(04)
硕士论文
[1]相变蓄热型地板辐射采暖系统性能研究[D]. 唐晓磊.天津大学 2018
本文编号：3237556
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/xnylw/3237556.html
