熔盐相变过程的强化传热数值模拟及实验研究
发布时间：2021-01-09 07:19
熔融盐作为相变蓄热材料具有热容量大、温度范围广和热稳定性强等优点,被广泛应用在潜热蓄热领域。然而,相变材料普遍存在热导率低、使用寿命短等问题,不利于蓄热系统的稳定高效的运行。本文以熔盐为研究对象,针对熔盐相变过程的强化传热技术进行了实验及数值模拟研究,为熔盐相变蓄热系统的优化设计提供一定参考。主要工作内容如下:1.搭建了导热系数测试和熔盐蓄热实验平台。测试得到了熔盐和复合相变材料的导热系数,比较发现复合相变材料的导热系数是纯硝酸盐的3-5倍。相变蓄热实验得到了不同工况下蓄热容器内各水平截面熔盐的温度分布,对比分析了各工况的完全蓄热时间,为后续数值模拟工作提供实验数据参考。2.建立了熔盐相变数值模型,利用实验结果验证了模型的准确性。数值模拟得到了不同孔隙率泡沫金属插入式填充工况下熔盐的蓄热特性,分析了容器内熔盐蓄热过程的速度云图、液相率及温度云图等。通过对比各截面温差曲线,发现填充泡沫金属后熔盐的蓄热速率明显提升。3.研究了立式管壳式相变蓄热单元的翅片管、波节管结构的强化传热性能。利用正交优化方法得到了蓄热时间最短的翅片结构。分析了多结构下蓄热单元的蓄/放热液相率曲线、温度分布以及速度分...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１相变蓄热技术??
第１章绪论??１．２熔盐相变蓄热技术研究进展??１．２．１熔盐相变材料简介??相变蓄热材料是潜热蓄热技术应用的关键，经过长时间的研宄与探索，越来??越多的不同特性的相变蓄热材料已经被发现了，并应用在各种场合。相变材料的??种类非常多，根据材料的相变温度不同可以分为高温和中低温蓄热材料两类；根??据材料的化学性质不同可以分为有机物和无机物两类，具体分类如下图１－２所示，??各种材料熔点和相变焓如图１－３所示Ｗ。上述相变材料应用过程中都存在各自优??劣势。对于有机相变材料，其优点是无腐蚀性、过冷低甚至没有过冷现象以及化??学稳定性好，缺点是相变焓值较孝导热系数小以及具有可燃性；对于无机相变??材料，其优点是相变焓值大、导热系数相对较大，缺点是应用过程存在过冷现象、??有腐蚀性、存在相分离现象，其中水合盐材料热稳定性差，温度过高受热易分解。??因此针对不同的应用目的和应用场合，应选择相应合适的相变材料，相变材料是??否优良是蓄热装置设计的关键［５１。??「石餚类??「化钟臟峡??Ｐ有机物－?匕其他??匕低共炸体??／?中低通类（ＯｄＺＯｔ）－?厂水合益??「化飾－－水合絲化物??、无机物－?包合物??相交蓄热材料?匕低共焙体??「单纯盐??ｕ?＇－齡盐??高温类（１２０°〇￣８５０。〇??？－金厲（合金）??图１－２相变蓄热材料分类??３??
山东大学硕士学位论文??１１００１??圆１１８?ＳＩＳ卜酸盐??；?￣＾?）??Ｅ７００－?厂?、人?），??：＇包合物??Ｉ聚乙二醇［．．］???－１００?０?＋１００?＋２００?＋３００?＋４００?＋５００?十６００?＋７００?＋８００＋９００??熔点心??图１－３相变材料的熔点和相变焓分布??熔融盐是指盐的熔融态液体，简称为熔盐。熔盐固体是一种离子晶体，高温??熔融后变成一种区别于水溶液的离子溶液，其主要特性包括有：（１）离子溶液导??电率高。液态熔融盐是由阴阳离子构成的溶液，因此其具有优良的导电性能。（２）??蒸汽压力低。（３）粘度低，且导热系数相对于有机蓄热材料较高。（４）热容量大。??熔融盐的相变潜热和比热容较大，相应蓄热装置结构紧凑，蓄热密度高。（５）应??用温度范围广，在不同的温度区域都有相应熔点的熔盐，适合不同应用场合，且??热稳定性相对较好。（６）熔盐作为一种常见的无机物，价格相对便宜。同时熔盐??作为一种高温材料在实际应用过程中也有一定的缺点，例如高温熔盐的腐蚀性较??高，对蓄热系统设备材料要求较高；同时液态熔盐温度一般较高，且部分熔盐有??毒，因此熔盐的安全性也是制约其应用的重要问题ｔ６］。虽然有以上问题，但是熔??盐由于其优良的蓄热特性，其常被作为一种优良的蓄热材料应用在各种场合。常??见的熔盐蓄热材料种类有硝酸盐、碳酸盐、氯化物和氟化物［７，８］。硝酸盐熔点在??３００°Ｃ上下，具有腐蚀性孝价格低廉等优点，是在中低温潜热蓄热领域应用最??广泛地一类溶盐，下表１－１是ＳｏｌａｒＳａｌｔ、Ｈｉｔｅｃ、ＨｉｔｅｃＸＬ等普遍应用的多元硝??酸盐和一种导热油的基本物性参数。?
本文编号：2966211
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１相变蓄热技术??
第１章绪论??１．２熔盐相变蓄热技术研究进展??１．２．１熔盐相变材料简介??相变蓄热材料是潜热蓄热技术应用的关键，经过长时间的研宄与探索，越来??越多的不同特性的相变蓄热材料已经被发现了，并应用在各种场合。相变材料的??种类非常多，根据材料的相变温度不同可以分为高温和中低温蓄热材料两类；根??据材料的化学性质不同可以分为有机物和无机物两类，具体分类如下图１－２所示，??各种材料熔点和相变焓如图１－３所示Ｗ。上述相变材料应用过程中都存在各自优??劣势。对于有机相变材料，其优点是无腐蚀性、过冷低甚至没有过冷现象以及化??学稳定性好，缺点是相变焓值较孝导热系数小以及具有可燃性；对于无机相变??材料，其优点是相变焓值大、导热系数相对较大，缺点是应用过程存在过冷现象、??有腐蚀性、存在相分离现象，其中水合盐材料热稳定性差，温度过高受热易分解。??因此针对不同的应用目的和应用场合，应选择相应合适的相变材料，相变材料是??否优良是蓄热装置设计的关键［５１。??「石餚类??「化钟臟峡??Ｐ有机物－?匕其他??匕低共炸体??／?中低通类（ＯｄＺＯｔ）－?厂水合益??「化飾－－水合絲化物??、无机物－?包合物??相交蓄热材料?匕低共焙体??「单纯盐??ｕ?＇－齡盐??高温类（１２０°〇￣８５０。〇??？－金厲（合金）??图１－２相变蓄热材料分类??３??
山东大学硕士学位论文??１１００１??圆１１８?ＳＩＳ卜酸盐??；?￣＾?）??Ｅ７００－?厂?、人?），??：＇包合物??Ｉ聚乙二醇［．．］???－１００?０?＋１００?＋２００?＋３００?＋４００?＋５００?十６００?＋７００?＋８００＋９００??熔点心??图１－３相变材料的熔点和相变焓分布??熔融盐是指盐的熔融态液体，简称为熔盐。熔盐固体是一种离子晶体，高温??熔融后变成一种区别于水溶液的离子溶液，其主要特性包括有：（１）离子溶液导??电率高。液态熔融盐是由阴阳离子构成的溶液，因此其具有优良的导电性能。（２）??蒸汽压力低。（３）粘度低，且导热系数相对于有机蓄热材料较高。（４）热容量大。??熔融盐的相变潜热和比热容较大，相应蓄热装置结构紧凑，蓄热密度高。（５）应??用温度范围广，在不同的温度区域都有相应熔点的熔盐，适合不同应用场合，且??热稳定性相对较好。（６）熔盐作为一种常见的无机物，价格相对便宜。同时熔盐??作为一种高温材料在实际应用过程中也有一定的缺点，例如高温熔盐的腐蚀性较??高，对蓄热系统设备材料要求较高；同时液态熔盐温度一般较高，且部分熔盐有??毒，因此熔盐的安全性也是制约其应用的重要问题ｔ６］。虽然有以上问题，但是熔??盐由于其优良的蓄热特性，其常被作为一种优良的蓄热材料应用在各种场合。常??见的熔盐蓄热材料种类有硝酸盐、碳酸盐、氯化物和氟化物［７，８］。硝酸盐熔点在??３００°Ｃ上下，具有腐蚀性孝价格低廉等优点，是在中低温潜热蓄热领域应用最??广泛地一类溶盐，下表１－１是ＳｏｌａｒＳａｌｔ、Ｈｉｔｅｃ、ＨｉｔｅｃＸＬ等普遍应用的多元硝??酸盐和一种导热油的基本物性参数。?
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