纳米颗粒强化传热的多级潜热储热器性能评价

作     者：张晨宇 王宁 徐洪涛 罗祝清 ZHANG Chenyu;WANG Ning;XU Hongtao;LUO Zhuqing

作者机构：上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049 

出 版 物：《化工进展》 (Chemical Industry and Engineering Progress)

年 卷 期：2023年第42卷第5期

页      面：2332-2342页

核心收录：

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：上海市自然科学基金面上项目(20ZR1438700) 

主　　题：潜热储热 相变材料 纳米材料 传热 (火用) 数值模拟 

摘      要：利用潜热储热(latent heat thermal energy storage,LHTES)系统能够缓解能源供需不匹配的问题。本文设计一种垂直管壳式LHTES储热单元,多级填充熔点为35℃、42℃和50℃的相变材料(phase change material,PCM),Al_(2)O_(3)纳米颗粒分别添加至PCM和换热流体中强化传热。对比多级与单级LHTES储热单元的储热及储(火用)性能;提出考虑复合PCM体积和储热时间的储热储(火用)密度评价标准,分析不同纳米颗粒体积分数(1%、3%、5%、7%、9%、11%)对多级储热单元性能的影响。结果表明:相同工况下,相较于单级填充熔点50℃复合PCM的储热单元,多级复合PCM的使用可将储热时间缩短29.81%,且多级储热单元同时表现出较高的储热量和储(火用)量;纳米颗粒体积分数从1%增加至11%时,多级储热单元的储热速率提高21.31%,储热密度增大15.61%,而储(火用)密度在体积分数为7%时达到最大值3086J/(m^(3)·s)后逐渐降低。综合考虑复合PCM体积、储热时间以及总储热和储(火用)量,填充纳米颗粒体积分数为7%的多级储热单元性能最优,相较于纳米颗粒体积分数为1%时,储热和储(火用)密度分别提升11.57%和12.96%。本文可为多级LHTES系统的应用与优化提供理论参考。