单元化可分区的相变蓄能辐射空调热性能模拟研究

作     者：任繁 

作者单位：江苏科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杜军

授予年度：2023年

学科分类：080705[工学-制冷及低温工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：相变蓄能 辐射空调 套管潜热系统 响应面法 

摘      要：面对人民日益增长对美好生活的需要同不平衡的能源发展政策之间的矛盾和针对能源紧缺、环境排放严格与全球经济快速发展显示出来的矛盾,发展储能行业是具有广阔前景。相变材料以其潜热值大等诸多优点而被广泛应用于航空航天、建筑采暖、通讯电力及制冷设备等诸多方面。随着“双碳目标的临近,建筑节能形式紧迫且潜力巨大近年相变储能技术由于具有可以以缓解能量供求双方在时间、空间和强度上的不匹配的优点而在建筑节能中逐渐被应用。其中相变储能材料与毛细管网相结合的辐射空调系统已成为建筑节能的主要技术手段之一,为建筑节能带来显著效果。另外套管潜热蓄能技术(LHTES)是目前潜热蓄能中最常见的技术,它的原理主要是内管的热流体(HTF)通过与内管连接的翅片,将热量从流体传递到相变材料(PCM)中去,然后PCM吸收热量而熔化,使得将HTF中的热量储存到套管中的PCM中的潜热中去,然后再在低温流体中将热量释放出来加以利用。同时套管潜热蓄能技术与建筑辐射空调可以进行耦合,实现能量的多重储存,将源项简化为HTF的话,那么翅片的设计也将为潜热系统提供解决方案。本文设计将重点研究相变蓄能辐射空调系统里边的关键技术单元,打造关键储能技术,建立按照不同功能分区的潜热系统蓄能单元,最后可根据蓄热量来叠加不同蓄热单元。首先利用仿形雪花翅片的立式套管潜热系统用作辐射空调系统里边的相变蓄热水箱单元,着重利用商业软件Fluent仿真分析了立式潜热系统的翅片形状、长度、厚度、角度、材料以及HTF温度等参数对于LHTES热性能的影响,并优化出了上下底为1/7的最佳立式梯形潜热结构;接着利用不规则仿形雪花翅片的卧式潜热系统用作辐射空调系统里边的卧式管道单元用于二次蓄热,通过PCM熔化过程中产生的自然对流,着重优化出来了不规则雪花翅片的外形、角度和分布结构,最后利用响应面法结合最短熔化时间与最大蓄热量两个目标进行优化得到最优解定值的翅片尺寸角度;最后通过设计空调末端装置为单层辐射蓄冷吊顶和双层辐射蓄能地板相结合的形式进行室内的综合热管理,并分析了室外热通量扰动情况下的建筑内部温度的稳定性分析,得到相应的响应特性分析。通过本文的研究,将获得相变材料在熔化时蠕动中的运动过程,揭示强化换热的关键影响因素,提出一种新型套管潜热系统优化流程,优化相变材料在内的潜热系统中的翅片最优结构,提出一套应用在辐射空调系统上的最佳优化方案,打造不同功能区的蓄能单元,为推动相变蓄能技术热管理上的自主创新奠定技术应用基础。