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工程热物理学报 2023年第3期44卷 787-794页

作者：张媛媛陈昆伦姚业成丁静陆建峰中山大学材料科学与工程学院广州510006 中国科学院广州能源研究所广州510640

本文建立了双层相变材料熔盐斜温层储热系统的传热储热数值模型,分析了相变材料熔点/位置/含量/比例对储热系统斜温层厚度、流固温差和有效热效率等参数的影响规律。结果表明,由于相变材料的存在,储热系统斜温层分为高温斜温层,低温斜... 详细信息

本文建立了双层相变材料熔盐斜温层储热系统的传热储热数值模型,分析了相变材料熔点/位置/含量/比例对储热系统斜温层厚度、流固温差和有效热效率等参数的影响规律。结果表明,由于相变材料的存在,储热系统斜温层分为高温斜温层,低温斜温层和相变层,出口温度出现三个平台,储热系统形成热能梯级输出,使有效放热效率升高。相变材料位置直接影响储热系统性能,高熔点相变材料靠近出口,提高了中高温段放热量。下层填充物占罐体高度比为0.15时,有效放热效率比单层时提高3%∼10%。

关键词：熔盐相变填充床梯级储热放热效率

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高温相变胶囊梯级储热系统实验研究

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储能科学与技术 2023年第8期12卷 2526-2535页

作者：胡茜芮张朝阳洪芳军上海交通大学中英国际低碳学院上海交通大学巴黎卓越工程师学院上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

中高温相变储热及再利用的方式是低碳经济与工业生产的有效手段。为了更高效地实现工业高温废热的利用,本工作设计搭建并测试了一套高温相变胶囊梯级储热系统,采用了两种不同相变温度的多元碳酸盐材料作为储热材料,对换热工质空气的不... 详细信息

中高温相变储热及再利用的方式是低碳经济与工业生产的有效手段。为了更高效地实现工业高温废热的利用,本工作设计搭建并测试了一套高温相变胶囊梯级储热系统,采用了两种不同相变温度的多元碳酸盐材料作为储热材料,对换热工质空气的不同进口温度和进口流量的储放热过程进行了实验研究,研究内容主要包括储热罐中的温度变化、储热量以及储放热过程完成时间。实验结果表明在进口温度为500℃的工况下,系统的储热量可以达到30000 kJ,系统进口流量的提高会缩短储热时间,对系统总储热量影响较小,并分析了不同工况下储热罐体内相变材料平均液相率对系统总储热量的影响。同时测试发现系统中设置的空气预热器使得系统的高温尾气与常温进气进行热量交换,可以有效实现高温尾气的余热利用。相变实验的研究结果为高温相变储热技术的实际应用提供了系统运行参数的影响规律和优化准则,具有很高的参考价值。

关键词：相变胶囊梯级储热储放热特性余热利用

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内蒙古严寒地区太阳能梯级相变储热单元匹配特性的模拟研究

内蒙古严寒地区太阳能梯级相变储热单元匹配特性的模拟研究

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作者：刘智慧内蒙古科技大学

学位级别：硕士

太阳能因其储量丰富、安全可靠的优点是目前最为常用的可再生能源之一。然而太阳能存在间歇性和波动性,开展储热技术可有效解决该问题。其中,梯级相变储热技术因其具有较高的储热效率和更宽的储热温度区间,是目前太阳能储热技术领域中... 详细信息

太阳能因其储量丰富、安全可靠的优点是目前最为常用的可再生能源之一。然而太阳能存在间歇性和波动性,开展储热技术可有效解决该问题。其中,梯级相变储热技术因其具有较高的储热效率和更宽的储热温度区间,是目前太阳能储热技术领域中的研究热点之一。内蒙古严寒地区太阳能资源丰富,若将梯级相变储热技术用于太阳能存储,有望丰富内蒙古地区的清洁供暖模式。本文通过调研内蒙古严寒地区的气候特点,选取包头地区为典型地区,对包头地区典型日太阳的辐射量进行计算,以入口流速的变化来拟合典型日一天各时刻的太阳能辐照强度。建立梯级相变储热单元的物理模型以及数学模型。分析梯级相变储热单元在不同材料组合、不同套管半径比和不同储热单元长度比的匹配特性下的储放热时间、储放热量、储放热效率以及熔化凝固效果,得到了适合内蒙古严寒地区太阳能梯级相变储热单元的材料组合,及各级储热单元的尺寸比,并根据数值模拟结果对梯级相变储热单元的入口温度和入口流速进行优化,探究了适合内蒙古地区太阳能梯级相变储热系统的最佳运行工况。结果表明,在相同储放热工况下,棕榈酸和聚乙二醇组合的单位质量总储热量最高,两级材料的熔化凝固过程更为同步,温度梯度设置更为合理;凝固过程热流密度下降趋势更为平缓。综合比较,棕榈酸和聚乙二醇的材料组合更为适合内蒙古严寒地区太阳能梯级储热系统。当套管半径比为1:1.6时,两级相变材料在熔化期间液相率更为同步,因此1:1.6为梯级相变储热单元最优套管半径比。当储热单元长度比为1:2.5时,两级相变材料在同一时刻完成熔化过程。在放热阶段,一级与二级相变储热单元凝固过程也较为同步,因此1:2.5为梯级相变储热单元最优储热单元比。根据梯级相变材料熔化过程的同步性与熔化速率来判断,提高入口温度能够使得相变材料的完全熔化时间缩短,对于最优套管半径比的模式来说,当入口温度上升到363K时,相变材料的熔化速率达到最大,梯级相变材料熔化过程较为同步;对于最优储热单元长度比的模式来说,当入口温度上升到358K时,相变材料的熔化速率有所增大,且梯级相变材料熔化过程保持同步。在相同太阳能辐照条件下,在径向套管内设置梯级相变材料可以更好促进梯级储热材料同步熔化。

关键词：梯级储热相变太阳能内蒙古严寒地区数值模拟

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低温管壳式相变储热装置的强化传热与结构优化

低温管壳式相变储热装置的强化传热与结构优化

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作者：王晓帅华北电力大学

学位级别：硕士

相变储热装置中水平管壳式相变储热装置因结构简单,热损失较少等优势被广泛应用和研究,但是其存在传热效率较低等问题。针对该情况,文章首先在二维层面以弓形截面相变储热单元模型为研究对象,通过数值模拟得到其蓄/放热过程中相变材料(P... 详细信息

相变储热装置中水平管壳式相变储热装置因结构简单,热损失较少等优势被广泛应用和研究,但是其存在传热效率较低等问题。针对该情况,文章首先在二维层面以弓形截面相变储热单元模型为研究对象,通过数值模拟得到其蓄/放热过程中相变材料(Phase Change Material,PCM)固液相分数、温度、流场等变化情况,研究相变储热单元中相变材料熔化和凝固过程的传热机理以及弓形截面结构对蓄/放热过程的影响。后通过改变弧心角大小,对该结构进行进一步优化调整。在得到最佳弧心角后,通过对在不同位置添加翅片及添加不同高度翅片对储热单元的蓄/放热过程的影响进行分析来确定添加翅片的最佳位置和长度。最后在三维层面以PCM占比不同的梯级相变储热装置为研究对象,对其在不同条件下的蓄/放热过程进行数值模拟,并对模拟结果进行分析,探究各PCM不同填充比例对管壳式相变储热装置蓄/放热速率的影响。研究发现,蓄热时,弓形截面设计使得内管外上部区域面积增大,更多PCM在对流换热的作用下熔化,在熔化末期,底部的平面设计使得固液相界面面积增大,传热效率增高;放热时,PCM传热方式以导热为主,在PCM凝固前期有轻微的对流换热,该设计使得对流换热的强度微幅增加,从而使得凝固时间略有减少。经优化后,弧心角为70.6°的弓形截面储热单元中PCM完全熔化时间相比于传统圆形截面减少31.26%,完全凝固时间减少5.51%。在此基础上在弓形截面内添加简单翅片,通过对模拟结果进行研究发现,在内管外正上方和正下方分别添加翅片可以对储热单元内PCM的熔化和凝固速率均起到明显提升作用,且翅片高度越高作用越明显。添加翅片后的储热结构,相比于传统圆形截面,PCM完全熔化时间减少56.95%,完全凝固时间减少40.99%。在三维层面研究发现,与单级RT60相变储热装置相比,梯级储热装置PCM完全熔化时间缩短且储热量增加;梯级相变储热装置PCM完全凝固时间与单级RT35相变储热装置相比有所缩短,但放热量减少,与单级RT60相变储热装置相比PCM完全凝固时间有所增加,但释热量增加。若对蓄热速率有较高要求,应适当增加相变温度较低的材料的占比,若对放热速率有较高要求应适当增加相变温度较高的相变材料的占比,对两者要求一致时,在加热温度为80℃,冷却温度为10℃的条件下,应选择l:l:l=1:2:3的布置,具体布置应根据实际运行工况来选择。

关键词：管壳式相变储热装置弓形截面相变储热梯级储热

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