基于相变材料熔化特性的蓄热装置强化传热研究

发布时间：2020-07-24 11:00

【摘要】：相变蓄热技术是一种利用材料的物相转变实现热能储存/释放的能量储存方式。与传统的显热蓄热相比,相变蓄热技术具有储能密度高、蓄放热过程温度恒定、相变温度选择范围广等众多优点。而且,相变蓄热技术还可被广泛应用于太阳能利用、工业余(废)热回收、电力的削峰填谷及电子器件冷却等多个领域,现已成为最具发展前景的热能储存方式。但是,相变蓄热技术存在一个共同的缺点:即相变材料,尤其是有机类材料的低导热系数及由此导致装置蓄、放热速率的降低。这导致绝大多数的相变蓄热系统都离不开强化传热措施,相变传热的强化研究已经成为国内外传热和能源应用领域共同关注的热点问题。本文以常用的矩形腔和管壳式蓄热器为例,通过对导热-自然对流共同作用的相变蓄热特性的总结分析,提出结合相变蓄热本身特点、利用相变材料熔化特性增强传热的思想。在此基础上,得到了楔形截面、 D形‖曲线截面和圆台式等新型蓄热装置,在增强相变传热的同时,为相变蓄热系统的设计及性能优化奠定基础。主要内容包括以下几个方面:首先以常用的矩形腔为例,通过对其蓄热特性的总结分析,找出了限制这类装置蓄热性能的主要短板,并提出充分利用蓄热过程中相变材料熔化特性增强传热的思想。针对蓄热后期矩形腔内出现的熔化死角,提出楔形截面蓄热装置,并采用实验测试和数值计算的方法分析了装置的上下边长之比n(length ratio between top and bottom of the unit)和高宽比A对相变蓄热的速度场、温度场、相界面分布及材料熔化速率的影响。基于导热-对流共同作用下矩形腔内相变材料的熔化特性,提出类似于 D‖形的曲线截面蓄热装置。通过与传统矩形腔热性能的对比,验证了该装置的有效性,并以此为基础分析了热源温度及相变材料导热系数对相变蓄热的影响。对传统管壳式蓄热器内相变材料与传热流体间的耦合换热进行了增强,针对由圆柱形组合而成的管壳式蓄热器提出圆台式蓄热装置,并对组合式相变材料在该新型装置内的适用性及有效性进行分析。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34;TK124

【参考文献】