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热泵热水器储能换热器传热特性研究

热泵热水器储能换热器传热特性研究

作者：杨硕华南理工大学

学位级别：硕士

随着经济的迅速发展和人民生活水平的提高,能源和环境问题日益突出,不断利用新的节能技术来提高能源的利用效率是节约能源并实现可持续发展的必由之路。储能技术能够解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾,因而是提高能源利用效率的... 详细信息

随着经济的迅速发展和人民生活水平的提高,能源和环境问题日益突出,不断利用新的节能技术来提高能源的利用效率是节约能源并实现可持续发展的必由之路。储能技术能够解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾,因而是提高能源利用效率的有效手段。热泵技术以其节能和环保的优势在很多领域得到了广泛的应用,其在制取生活热水上的应用也越来越受到重视。把相变储能技术和热泵技术结合起来,研制相变储能式热泵热水器,实现优势互补,将有更大的节能空间和应用前景。本课题以相变储能式热泵热水器储能换热器为研究对象,采用理论分析、实验测试和数值模拟相结合的研究方法对其传热特性进行了深入系统的研究。主要研究工作包括以下几个方面: 1、根据相变储能式热泵热水器的工作原理及相变储能材料(phase change material, PCM)的遴选原则,选取了合适的PCM。在对热泵热水器进行总体热量衡算的基础上设计了一种管翅式储能换热器,给出了储能换热器的具体结构参数。对储能换热器的传热特性进行了理论分析,采用了复合材料的理论模型对PCM侧的导热系数进行了分析,经分析指出PCM侧导热性能的改善是提高储能换热器传热性能的主要途径。 2、对强化PCM相变传热特性进行了研究,通过在石蜡PCM中添加纳米铜制备纳米复合相变储能材料(nanocomposite phase change material, NC-PCM)来实现强化传热的目的。采用差示扫描量热法(DSC)测量了NC-PCM的相变潜热、相变温度。研究表明在纯石蜡中添加纳米铜颗粒,NC-PCM的相变潜热比纯石蜡略低,且随粒子浓度的增大逐渐减小,但相变温度变化不大;采用瞬态热线法测试了NC-PCM的固态和液态导热系数,结果表明导热系数随着随纳米颗粒含量的增大而增大,呈非线性关系。NC-PCM循环加热、冷却100次后,其热物性参数均改变不大,说明NC-PCM具有较好的热稳定性。对NC-PCM的相变传热进行了实验研究,采用温度-时间曲线法研究了不同纳米铜质量分数的NC-PCM的储、放热性能,采用红外摄像仪对其熔化和凝固过程的温度场分布进行了实时观察,结果表明在石蜡中加入纳米Cu粒子后,PCM的储、放热速率得到很大的提高。 3、搭建了热泵热水器储能换热器性能测试实验台,模拟储能式热泵热水器的工作工况对储能换热器内部的温度场分布和出口水温进行了实验测试。在整个储能阶段和放热阶段,储能换热器处于非稳态条件下工作,其内部的换热过程是一个复杂的非稳态换热过程。对储能装置的出口水温进行了测量,结果发现储能装置进口水流量越大,PCM凝固速度越快,放热持续时间越短,由于相变材料绝大部分热量以潜热的形式释放,这使得出水温度大部分时间维持在一个恒定的温度范围,这是利用相变储热的优势所在。对制取的热水所含热量进行了计算,结果表明储能装置中的热量大部分已经释放出来,残余热量较小,用相变储能的热量利用效率要高于水的显热储能。 4、根据设计的储能换热器建立了相应的物理模型和数学模型,利用Fluent6.2软件对储能换热器放热情况进行了二维、非稳态模拟,分析了各种结构参数对放热过程的影响。结果表明,采用翅片结构大大强化了相变过程的热量传递,各种结构参数储能换热器放热速率均有重要影响。这为储能换热器进一步优化设计提供了参考。

关键词：热泵热水器储能换热器纳米复合相变储能材料强化传热

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管壳式相变储能换热器的优化设计

能源工程 2001年第5期21卷 43-45页

作者：柯秀芳张仁元广东工业大学材料与能源学院

叙述了利用优化设计理论对管壳式相变储能换热器进行优化设计的方法。以该装置的成本为优化目标 ,储热量、放热时间、传热量、加工和防腐要求作为约束条件 ,得出了最佳的管子半径、厚度及管子根数。

关键词：管壳式相变储能换热器优化设计数学模型

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壳管式储能换热器中传热特性的分析

华中理工大学学报 1997年第4期25卷 86-89页

作者：赫俏陆继东华中理工大学煤燃烧国家重点实验室

对一种可用于储存高温余热及电厂电网谷期电力的相变储能换热器装置进行了理论和实验研究，对装置在多种工况下工作进行了模拟实验，并用数值法从理论上求解了非稳态条件下相变储能换热器中凝固与强迫对流耦和的问题，分析了热交换流体... 详细信息

对一种可用于储存高温余热及电厂电网谷期电力的相变储能换热器装置进行了理论和实验研究，对装置在多种工况下工作进行了模拟实验，并用数值法从理论上求解了非稳态条件下相变储能换热器中凝固与强迫对流耦和的问题，分析了热交换流体入口温度、流量、相变材料厚度、流道长度等多种参数对装置换热性能的影响。

关键词：换热器储能换热器壳管式传热

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基于相变储热的动力电池复合热管理系统研究

基于相变储热的动力电池复合热管理系统研究

作者：俞钒河南科技大学

学位级别：硕士

随着全球化石燃料的日益紧缺与环境污染问题的日益严重,新能源汽车的发展越来越受到社会的关注。动力电池作为新能源汽车的核心组件之一,近年来得到了众多国内外新能源汽车企业和相关科研机构的研究。动力电池性能受温度影响最为显著,... 详细信息

随着全球化石燃料的日益紧缺与环境污染问题的日益严重,新能源汽车的发展越来越受到社会的关注。动力电池作为新能源汽车的核心组件之一,近年来得到了众多国内外新能源汽车企业和相关科研机构的研究。动力电池性能受温度影响最为显著,先进的电池热管理系统能及时将动力电池产生的多余热量导出,防止电池发生热失控的危险状况,延长电池使用寿命并保障电动汽车行驶安全。本文利用相变材料储热/储冷的特性,设计一种相变储能换热器,使其与液冷系统复合,实现夏季高温工况下,储能换热器储冷,通过液冷系统将电池多余热量导入储能换热器中以减少空调系统对电池冷却的负荷;冬季低温工况,储能换热器储热,电动车冬季启动时通过空调系统与液冷系统将储存于储能换热器中的热量释放用于乘员舱供暖与动力电池加热,通过仿真分析对储能换热器进行设计与优化,通过实验测试该热管理系统的性能。主要工作如下:(1)分析了锂离子电池的充放电生热及传热机理,根据电池厂家提供的电池不同温度与不同充放电倍率产热参数以确定电池产热模型,通过对电池的产热数据进行分析,选定产热边界为45℃,0.5C倍率放电,以复合相变材料基本参数及电池热边界产热数据为基础,构建储能换热器模型。(2)选取满足动力电池热管理需求的相变材料正癸酸-石蜡(8.1:1.9),并通过添加10%膨胀石墨提高复合相变材料的导热系数,测试所制备的复合相变材料的基本参数。(3)对储能换热器进行仿真分析与优化。通过ANSYS软件构建储能换热器仿真模型,并通过实验验证模型的一致性。仿真分析不同内管流量、不同内管数对储能换热器吸/释热的影响,并优化储能换热器结构。测试优化后的储能换热器结构的吸热能力及释热能力,结果显示,储能换热器在不开启冷却时具有较好的储冷吸热能力,开启冷却后吸热能力增强。当储能换热器储热时,可在电动车启动后一小时内提供平均热负荷541 W用于乘员舱供暖。(4)将优化后的储能换热器与液冷系统复合,构成本文设计的热管理系统。对热管理系统电池散热效果测试,结果显示,本文设计的热管理系统对电池0.33C倍率放电、0.5C倍率放电下的产热具有较好的热管理效果,而对于1C充电倍率产热的热管理效果,则在规定时间内达不到预期的降温需求。对热管理系统电池预热效果测试,结果表明,该热管理系统可有效将初始温度为-7℃、0℃、5℃的电池箱一个小时加热至13.7℃、16.4℃、17.7℃。

关键词：动力电池复合相变材料相变储热储能换热器热管理效果

中压废热锅炉换热装置节能控制技术及效益研究

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工业加热 2023年第2期52卷 54-58页

作者：张蓉西安培华学院陕西西安710125

中压废热锅炉换热装置受换热面积裕度、换热面积等因素的影响,导致其换热能耗较高,为此以管壳式相变储能换热器为研究对象,提出了其节能控制技术,并探究该技术的应用效果。以管壳式相变储能换热器的蓄放热特性为基础,将管壳式相变储能... 详细信息

中压废热锅炉换热装置受换热面积裕度、换热面积等因素的影响,导致其换热能耗较高,为此以管壳式相变储能换热器为研究对象,提出了其节能控制技术,并探究该技术的应用效果。以管壳式相变储能换热器的蓄放热特性为基础,将管壳式相变储能换热器的储能材料和管材作为约束条件,构建节能控制优化目标函数。利用粒子群算法求解构建的目标函数,实现管壳式相变储能变换器的节能控制。实验结果表明,所提技术应用后可有效降低管壳式相变储能换热器的换热面积裕度、实际换热面积,具有较强的节能控制性能,同时减少了换热器费用,提高了其成本效益。

关键词：储能换热器管壳式相变蓄放热特性节能控制粒子群算法成本效益