太阳能热利用中高温相变蓄热器特性研究及优化
发布时间：2021-01-23 17:53
太阳能作为重要的可再生能源,被广泛应用在热发电等领域。但太阳能的分散性、间断性和不稳定性让太阳能的供需难以匹配,降低了太阳能光热发电的效率。因此,需要发展蓄热技术能量暂时储存,使其可以连续运行从而被高效利用。本文针对长方体单元高温相变蓄热器的蓄热特性进行深入研究,具有较强的理论价值及应用价值。首先,建立了高温相变蓄热器的三维数值计算模型,采用数值模拟手段研究了传统圆柱单元蓄热模型的蓄热特性及热传递规律;针对圆柱单元蓄热模型在蓄放热后期相变速度慢的缺点,提出了长方体单元蓄热模型,对比研究了两种不同模型蓄放热过程,分析了两者的蓄放热效率;而后,基于建立的长方体单元蓄热仿真模型,探究了斯蒂芬数、雷诺数等无量纲数及不同相变材料（PCM）对蓄热特性的影响,提出了长方体单元蓄热模型普适性换热准则式;最后,从蓄热单元结构形式和级联蓄热两方面对长方体蓄热单元进行优化,比较了不同尺寸梯台单元对换热性能的影响,并在此基础上研究了不同相变材料的级联蓄热过程,揭示了多级相变材料对蓄热器换热性能的提升机理。通过上述研究发现:（1）圆柱体蓄热单元的蓄放热过程中,存在熔化、凝固末期速率慢、时间长的缺点。相变材料平均...
【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】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１太阳能光热发电厂示意图??太阳能热发电技术就是将太阳辐射聚集并转化为高温热能，然后将高温热能??
山东大学硕士学位论文??文中提到的相变材料筛选原则，参考不同Ａｌ－Ｓｉ合金相变温度、相变潜热、导热??系数等物性参数选择ＡＩ－１２Ｓｉ为本文研宄的相变材料。Ａｌ－１２Ｓｉ的物性参数如表??］－４所示。??表ｌ－４Ａｌ－１２Ｓｉ物性参数??相变温度（°Ｃ）密度（ｋｇ／ｍ３）相变潜热（ｋＪ／ｋｇ）比热（ｋＪ／ｋｇ．Ｋ）导热系数（Ｗ／ｍ．Ｋ）??５７７?２６６０?５１５?Ｌ４９?１８０??１．４．２蓄热器结构研究??Ｅｓｅｎ和Ｄｕｒｍｕ等间研宂了如图１－３所示的两种管壳式结构的太阳能蓄热模??型，结果表明模型图１－３?（ｂ）所示的模型２的换热时间明显少于图１－３⑷所示的??模型１，是更优的蓄热模型选择。??ＰＣＭ?（Ｃ（Ｃ－＾Ｐ｜??／?＼??ｙ?＼??ＨＴＦ??，＂＼??＼?????＾?????＾??（ａ）?（ｂ）??图１－３两种不同的圆柱换热结构图??Ａｔｕｌ?Ｓｈａｒｍａ等设计制作了如图１－４所示的管壳式储能换热器并对其进行??储放能过程的研宄。换热器的换热流体经换热管内流过，相变材料则填充于壳体??与管之间，研究结果表明这种结构相变材料熔化时间较短，具有良好的储热性能。??１２??
绪论??入Ｌ??＿??，?ＰＣＭ??’?ｊ?．．?—?Ｗａｌｌ??ｊ?－一?Ｈ丁Ｆ??出口??图１－４圆柱管壳式蓄热结构图??Ｂａｎａｓｚｅｋ等Ｗ，３１］对图丨－５所示的垂直螺旋板式换热器进行了理论和实验研??究，这种结构的特点是一条流道内灌注ＰＣＭ，另一条流道通水换热。研宄表明??该结构形式的蓄热器结构紧凑、传热结构合理所以换热效率较高。Ｉｓｍａｉ丨等在??不同工况下对图１－６所示的球式相变储能换热器的充放热过程进行了数值模拟??和实验研宄，通过与实验结果的比较验证了数值模型的准确性，并对换热器模型??进行了换热性能优化。：Ｈｉｓｈａｍ等针对放置在双管间环形区的相变蓄热系统进??行了研究，结果表明，系统的烟效率随着雷诺数、比传热面积、流体换热壁温的??增大而增大，随着流体入口温度的增大而减校ＡＲＫＡＲ等Ｍ将不同形状胶囊??ＰＣＭ放入圆柱箱体中，研究了它们放热性能。结果表明，放热性能由好到差分??别为球型胶囊、圆柱型胶囊、平板型胶囊、管型的胶囊。通过分析发现，由于管??型胶囊具有较低的孔隙率，放热性能最差。??ＰＣＭ?Ｕ流体出口??Ｌ＿Ｊ??ｊ｝流体入口??图１－５垂直螺旋板式换热器结构图图１－６球式相变储能床换热器结构图??江邑等［３５］建立了板式相变蓄热计算模型，研宄了其不同运行条件下的热性能，??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米金属/石蜡复合相变蓄热材料的实验研究[J]. 华维三,章学来,罗孝学,刘宇飞,王为. 太阳能学报. 2017(06)
[2]纳米复合相变蓄热材料的制备与特性[J]. 康亚盟,刁彦华,赵耀华,汪顺. 化工学报. 2016(S1)
[3]平板微热管式相变蓄热装置蓄放热特性研究[J]. 李凤飞,刁彦华,赵耀华,朱婷婷,刘婧. 工程热物理学报. 2016(06)
[4]带内翅片蓄热装置固-液相变过程的数值模拟[J]. 袁培,郝亚萍,王建军,吕彦力. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2016(03)
[5]太阳能热发电系统蓄热装置的模拟研究[J]. 崔海亭,李宁,赵华丽,刘东岳. 流体机械. 2016(05)
[6]太阳能热发电系统相变储热材料选择及研发现状[J]. 魏高升,邢丽婧,杜小泽,杨勇平. 中国电机工程学报. 2014(03)
[7]铝硅合金相变材料凝固/熔化过程的数值分析[J]. 崔海亭,张改,蒋静智. 河北科技大学学报. 2012(05)
[8]螺旋盘管相变蓄热换热器蓄放热过程数值模拟[J]. 王强,石玉环,石玉萍. 黑龙江工程学院学报(自然科学版). 2012(02)
[9]世界能源现状和未来[J]. 樊东黎. 金属热处理. 2011(10)
[10]高温熔盐的热物性测试及热稳定性分析[J]. 胡宝华,丁静,魏小兰,彭强,廖敏. 无机盐工业. 2010(01)
硕士论文
[1]三元氯化盐相变蓄热特性及强化换热研究[D]. 张嘉辉.哈尔滨工业大学 2018
[2]太阳能热发电高温熔盐循环相变蓄热系统研究[D]. 张亮.华北电力大学(北京) 2016
[3]相变蓄热换热器的数值模拟及优化设计[D]. 徐明.西安建筑科技大学 2015
[4]翅片管换热器传热特性的数值模拟研究[D]. 罗亮.中南大学 2010
[5]中常温相变蓄热的理论与实验研究[D]. 孙旋.北京工业大学 2003
本文编号：2995654
【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】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１太阳能光热发电厂示意图??太阳能热发电技术就是将太阳辐射聚集并转化为高温热能，然后将高温热能??
山东大学硕士学位论文??文中提到的相变材料筛选原则，参考不同Ａｌ－Ｓｉ合金相变温度、相变潜热、导热??系数等物性参数选择ＡＩ－１２Ｓｉ为本文研宄的相变材料。Ａｌ－１２Ｓｉ的物性参数如表??］－４所示。??表ｌ－４Ａｌ－１２Ｓｉ物性参数??相变温度（°Ｃ）密度（ｋｇ／ｍ３）相变潜热（ｋＪ／ｋｇ）比热（ｋＪ／ｋｇ．Ｋ）导热系数（Ｗ／ｍ．Ｋ）??５７７?２６６０?５１５?Ｌ４９?１８０??１．４．２蓄热器结构研究??Ｅｓｅｎ和Ｄｕｒｍｕ等间研宂了如图１－３所示的两种管壳式结构的太阳能蓄热模??型，结果表明模型图１－３?（ｂ）所示的模型２的换热时间明显少于图１－３⑷所示的??模型１，是更优的蓄热模型选择。??ＰＣＭ?（Ｃ（Ｃ－＾Ｐ｜??／?＼??ｙ?＼??ＨＴＦ??，＂＼??＼?????＾?????＾??（ａ）?（ｂ）??图１－３两种不同的圆柱换热结构图??Ａｔｕｌ?Ｓｈａｒｍａ等设计制作了如图１－４所示的管壳式储能换热器并对其进行??储放能过程的研宄。换热器的换热流体经换热管内流过，相变材料则填充于壳体??与管之间，研究结果表明这种结构相变材料熔化时间较短，具有良好的储热性能。??１２??
绪论??入Ｌ??＿??，?ＰＣＭ??’?ｊ?．．?—?Ｗａｌｌ??ｊ?－一?Ｈ丁Ｆ??出口??图１－４圆柱管壳式蓄热结构图??Ｂａｎａｓｚｅｋ等Ｗ，３１］对图丨－５所示的垂直螺旋板式换热器进行了理论和实验研??究，这种结构的特点是一条流道内灌注ＰＣＭ，另一条流道通水换热。研宄表明??该结构形式的蓄热器结构紧凑、传热结构合理所以换热效率较高。Ｉｓｍａｉ丨等在??不同工况下对图１－６所示的球式相变储能换热器的充放热过程进行了数值模拟??和实验研宄，通过与实验结果的比较验证了数值模型的准确性，并对换热器模型??进行了换热性能优化。：Ｈｉｓｈａｍ等针对放置在双管间环形区的相变蓄热系统进??行了研究，结果表明，系统的烟效率随着雷诺数、比传热面积、流体换热壁温的??增大而增大，随着流体入口温度的增大而减校ＡＲＫＡＲ等Ｍ将不同形状胶囊??ＰＣＭ放入圆柱箱体中，研究了它们放热性能。结果表明，放热性能由好到差分??别为球型胶囊、圆柱型胶囊、平板型胶囊、管型的胶囊。通过分析发现，由于管??型胶囊具有较低的孔隙率，放热性能最差。??ＰＣＭ?Ｕ流体出口??Ｌ＿Ｊ??ｊ｝流体入口??图１－５垂直螺旋板式换热器结构图图１－６球式相变储能床换热器结构图??江邑等［３５］建立了板式相变蓄热计算模型，研宄了其不同运行条件下的热性能，??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米金属/石蜡复合相变蓄热材料的实验研究[J]. 华维三,章学来,罗孝学,刘宇飞,王为. 太阳能学报. 2017(06)
[2]纳米复合相变蓄热材料的制备与特性[J]. 康亚盟,刁彦华,赵耀华,汪顺. 化工学报. 2016(S1)
[3]平板微热管式相变蓄热装置蓄放热特性研究[J]. 李凤飞,刁彦华,赵耀华,朱婷婷,刘婧. 工程热物理学报. 2016(06)
[4]带内翅片蓄热装置固-液相变过程的数值模拟[J]. 袁培,郝亚萍,王建军,吕彦力. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2016(03)
[5]太阳能热发电系统蓄热装置的模拟研究[J]. 崔海亭,李宁,赵华丽,刘东岳. 流体机械. 2016(05)
[6]太阳能热发电系统相变储热材料选择及研发现状[J]. 魏高升,邢丽婧,杜小泽,杨勇平. 中国电机工程学报. 2014(03)
[7]铝硅合金相变材料凝固/熔化过程的数值分析[J]. 崔海亭,张改,蒋静智. 河北科技大学学报. 2012(05)
[8]螺旋盘管相变蓄热换热器蓄放热过程数值模拟[J]. 王强,石玉环,石玉萍. 黑龙江工程学院学报(自然科学版). 2012(02)
[9]世界能源现状和未来[J]. 樊东黎. 金属热处理. 2011(10)
[10]高温熔盐的热物性测试及热稳定性分析[J]. 胡宝华,丁静,魏小兰,彭强,廖敏. 无机盐工业. 2010(01)
硕士论文
[1]三元氯化盐相变蓄热特性及强化换热研究[D]. 张嘉辉.哈尔滨工业大学 2018
[2]太阳能热发电高温熔盐循环相变蓄热系统研究[D]. 张亮.华北电力大学(北京) 2016
[3]相变蓄热换热器的数值模拟及优化设计[D]. 徐明.西安建筑科技大学 2015
[4]翅片管换热器传热特性的数值模拟研究[D]. 罗亮.中南大学 2010
[5]中常温相变蓄热的理论与实验研究[D]. 孙旋.北京工业大学 2003
本文编号：2995654
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