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圆柱形相变蓄热单元性能的理论与数值研究

太阳能学报 2015年第3期36卷 575-580页

作者：刘泛函王仕博王华王辉涛杨濮亦熊靓昆明理工大学冶金节能减排教育部工程研究中心昆明650093

对以石蜡为相变材料的圆柱形蓄热单元进行三维计算流体力学仿真并进行验证,研究蓄热单元的高度和内外半径尺寸对蓄热时间影响变化规律的同时提出理论计算方法,结果表明计算结果与模拟吻合较好,计算误差随蓄热时间增加而增大,当蓄热时间... 详细信息

对以石蜡为相变材料的圆柱形蓄热单元进行三维计算流体力学仿真并进行验证,研究蓄热单元的高度和内外半径尺寸对蓄热时间影响变化规律的同时提出理论计算方法,结果表明计算结果与模拟吻合较好,计算误差随蓄热时间增加而增大,当蓄热时间在104s以内时误差小于6%,可满足工程需要,为相变蓄热器的设计与开发奠定理论基础。

关键词：蓄热单元相变石蜡计算流体力学仿真

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蓄热单元肋片扰流特性的模拟研究

蓄热单元肋片扰流特性的模拟研究

作者：赵平卫辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

肋片在相变蓄热器中有着重要的作用,为了了解随肋的作用、传热特性以及肋片尺寸、安装角度对相变过程的影响,本文利用CFD软件fluent对添加肋片的蓄热单元进行模拟,通过分析肋片对流场发展的影响来对其进行研究。研究结果如下所示：肋片... 详细信息

肋片在相变蓄热器中有着重要的作用,为了了解随肋的作用、传热特性以及肋片尺寸、安装角度对相变过程的影响,本文利用CFD软件fluent对添加肋片的蓄热单元进行模拟,通过分析肋片对流场发展的影响来对其进行研究。研究结果如下所示：肋片对相变材料融化作用除了提供额外热源外,可以通过影响流场发展速度来影响相变材料融化速度。肋片高度对蓄热单元融化有较大的影响,随着肋片高度的增加其流场发展速度加快,肋片上部易形成多个环流。肋片厚度对蓄热单元融化过程影响较小,但随着肋片厚度增加其流场发展速度降低。肋片间距对蓄热单元融化有重要的影响。肋片间距过小时,由于肋片的加热作用,严重削肋间弱壁面热源热量输出能力,减少蓄热单元的相变材料,影响这个蓄热器的蓄热能力;肋片间距过大时,导致肋片数量不足,降低热源面积。蓄热单元肋片在初期和后期热通量基本相同,但在中期受流场的影响,其热通量自下而上降低。最后本文对肋片的安装角度对蓄热单元融化过程进行探讨。模拟结果显示肋片的安装角度对蓄热单元的融化过程有着明显的影响。

关键词：肋片蓄热单元场协同

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多层套筒蓄热单元结构的蓄热特性

石油化工设备 2020年第2期49卷 10-17页

作者：付莉华张壮曹兴赵国相山东理工大学山东淄博255000 青岛科技大学山东青岛266061 上海蓝滨石化设备有限责任公司上海201518

为了改善相变材料导热系数低的缺陷,提出了一种由套筒-肋片复合结构组成的多层套筒蓄热单元结构。基于焓法模型对多层套筒蓄热单元结构的相变蓄热过程进行了数值模拟,计算结果和实验数据吻合良好。将多层套筒蓄热单元结构与光管蓄热单... 详细信息

为了改善相变材料导热系数低的缺陷,提出了一种由套筒-肋片复合结构组成的多层套筒蓄热单元结构。基于焓法模型对多层套筒蓄热单元结构的相变蓄热过程进行了数值模拟,计算结果和实验数据吻合良好。将多层套筒蓄热单元结构与光管蓄热单元结构以及单层套筒蓄热单元结构进行了对比分析,结果表明,相比光管结构,多层套筒蓄热单元结构内相变材料的完全熔化时间极大降低;相比单层套筒结构,多层套筒蓄热单元结构内相变材料的总蓄热量增加了1.5倍,相变材料的完全熔化时间增加了1.4倍。通过分析多层套筒蓄热单元结构的蓄热过程,发现套筒-肋片复合结构存在较大热阻,会影响相变材料的对流传热过程。将多层套筒蓄热单元结构进行开孔得到了多孔套筒蓄热单元结构,多层套筒和多孔套筒蓄热单元结构的蓄热效果对比结果表明,相比多层套筒蓄热单元结构,多孔套筒蓄热单元结构的蓄热面积降低了8%,相变材料的完全熔化时间增加了2.4%。

关键词：套筒蓄热单元蓄热特性优化

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太阳能发电热管吸热器相变蓄热单元性能分析

热力发电 2015年第9期44卷 37-42页

作者：宋香娥北京第二外国语学院基建处北京100024

基于微重力条件下的导热控制微分方程,采用焓法建立热管吸热器相变蓄热单元计算模型,对微重力条件下热管吸热器蓄热容器的相变传热过程进行了模拟计算,分析了空穴率对蓄热容器内部的温度场和热性能的影响。结果表明:经与美国国家航空航... 详细信息

基于微重力条件下的导热控制微分方程,采用焓法建立热管吸热器相变蓄热单元计算模型,对微重力条件下热管吸热器蓄热容器的相变传热过程进行了模拟计算,分析了空穴率对蓄热容器内部的温度场和热性能的影响。结果表明:经与美国国家航空航天局(NASA)方案进行比较,所建立的计算模型合理、准确,能够较好地模拟热管吸热器蓄热单元蓄、放热过程;热管吸热器壁温与相变蓄热容器温度非常接近,包含着相变材料的整个热管起着均匀热负荷的作用,与基本型吸热器相比热管吸热器相变材料熔化率大幅提高,相变材料利用率较高;随着空穴率的增大,相变材料利用率降低,相变材料容器的蓄热能力降低,同时相变蓄热容器内温度梯度增大,可能导致该处热应力过大,从而降低其使用寿命。

关键词：太阳能发电热管吸热器相变空穴蓄热单元蓄/放热过程

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同心套管双程流相变蓄热单元蓄放热特性研究

流体机械 2013年第1期41卷 68-72页

作者：徐峰田海川孙勇师涌江河北建筑工程学院河北张家口075000

采用JDJN-60型相变材料,设计并制作了同心套管双程流相变蓄热单元,利用试验手段对蓄热单元在不同工况下的蓄放热性能进行了研究,分析了传热流体进口温度和流量变化对蓄放热过程的影响。研究结果表明:随着传热流体进口温度的提高,蓄热时... 详细信息

采用JDJN-60型相变材料,设计并制作了同心套管双程流相变蓄热单元,利用试验手段对蓄热单元在不同工况下的蓄放热性能进行了研究,分析了传热流体进口温度和流量变化对蓄放热过程的影响。研究结果表明:随着传热流体进口温度的提高,蓄热时间不断减少,但流量增加对蓄热过程影响不大。初步掌握了蓄热单元的蓄放热特性,为其工程应用提供参考依据。

关键词：相变材料蓄热单元蓄放热特性

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相变材料微胶囊蓄热单元蓄热释热特性研究

相变材料微胶囊蓄热单元蓄热释热特性研究

作者：曹朱款冰西安科技大学

学位级别：硕士

我国是世界上清洁能源利用增长速度最快的国家,但在开发利用过程中,存在比如风能、太阳能的间歇性与时效性,以及用电昼夜的不平衡性,电网调峰矛盾日益加剧,国内已全面实行峰谷电价政策。储能已是可再生能源利用、电网电力需求侧“移峰... 详细信息

我国是世界上清洁能源利用增长速度最快的国家,但在开发利用过程中,存在比如风能、太阳能的间歇性与时效性,以及用电昼夜的不平衡性,电网调峰矛盾日益加剧,国内已全面实行峰谷电价政策。储能已是可再生能源利用、电网电力需求侧“移峰填谷”的主要技术手段,也是有关专业人士研究的热点。作为一种热能储存技术,相变储能具有储热性能好的优点。本文自行设计了一种相变材料微胶囊蓄热单元,利用数值模拟的方法研究了其蓄释热特性。论文建立了相变微胶囊等距布置的板囊结合的蓄热单元物理模型。应用Fluent计算软件模拟研究了相变材料种类,微胶囊壁材,单个微胶囊内相变材料质量含量,相变微胶囊板间距对微胶囊内相变材料蓄热和释热过程的影响,分析了微胶囊内相变材料液相体积分数,平均温度等参数随时间的变化规律。研究结果表明:(1)当微胶囊内相变材料初始温度为324.15K时,换热流体入口温度为343K时,通过石蜡、硬脂酸、软脂酸相变过程液相体积分数的比较及相变蓄热量的计算,得出当相变材料为硬脂酸时,相变材料相变蓄热量最大,纯石蜡、软脂酸相变蓄热速度快,但相变蓄热量较小;当微胶囊内相变材料初始温度为330.15K时,换热流体入口温度为290K时,通过石蜡,硬脂酸,月桂酸相变过程液相体积分数的比较及释热量的计算,得出:当微胶囊内相变材料为硬脂酸时,相变材料的相变释热速率较慢,释热量较大;(2)当相变材料为纯石蜡且其初始温度为324.15K时,通过单个微胶囊内相变材料质量含量14.58%,15.06%,17.07%相变过程中液相体积分数的比较及相变蓄热量的计算,得出:当单个微胶囊内相变材料质量含量为17.07%时,相变材料的相变蓄热量最大,相变材料质量含量为14.58%和15.06%时,相变蓄热速度较快,但相变蓄热量小;当相变材料为纯石蜡且其初始温度为330.15K时,通过单个微胶囊内相变材料质量含量14.58%,14.84%,15.06%相变过程中液相体积分数的比较及释热量计算,得出:当单个微胶囊内相变材料质量含量为15.06%时,相变材料的释热量较大,相变材料质量含量为14.58%和14.84%时,相变材料相变释热速率较高,但释热量较小;(3)当相变材料为纯石蜡且其初始温度为324.15K时,通过脲醛树脂,聚苯乙烯,聚乙烯醇,聚乙烯相变过程中液相体积分数的比较及相变蓄热量的计算,得出:当微胶囊壁材为脲醛树脂时,相变材料的相变蓄热量较大,相变蓄热速率较快;当相变材料为纯石蜡且其初始温度为330.15K时,通过脲醛树脂,聚苯乙烯液相体积分数的比较及相变释热量的计算,得出:当微胶囊壁材为脲醛树脂时,相变材料的相变释热量较大,相变释热速率较快,确定脲醛树脂为微胶囊壁材;(4)当相变材料为纯石蜡时,通过取微胶囊板间距40mm,30mm,20mm进行相变材料液相体积分数的比较和相变蓄热量,释热量的计算,得出:当微胶囊板间距为20mm时,相变蓄热,释热速率较快,相变蓄热,释热量较大;确定微胶囊板间距为20mm。

关键词：相变材料微胶囊蓄热单元蓄热释热数值模拟

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低温相变石蜡潜热蓄热单元的特性研究

低温相变石蜡潜热蓄热单元的特性研究

作者：梁朔重庆大学

学位级别：硕士

随着经济的快速发展和工业化进程的不断推进,工业制造业在国民生产总值中比重不断上升,全球的能源需求也随之急剧上升,其中化石能源更是首当其冲,其过度的开发和使用,也成为了环境生态问题频发的原因。因此,在能源短缺和环境污染等问题... 详细信息

随着经济的快速发展和工业化进程的不断推进,工业制造业在国民生产总值中比重不断上升,全球的能源需求也随之急剧上升,其中化石能源更是首当其冲,其过度的开发和使用,也成为了环境生态问题频发的原因。因此,在能源短缺和环境污染等问题的严峻形势下,各国开始广泛倡导开发利用清洁能源,相较于其他清洁能源,太阳能有着取之不尽用之不竭的独特优势,我国《可再生能源法》的颁布还为太阳能产业发展提供了必要的经济激励和法律保障,因此全国各地都开始积极开展太阳能的研究工作。目前,太阳能已经被广泛用于热水、发电、热泵、取暖、空调制冷等方面,但由于太阳能季节性和昼夜周期性等不足,导致太阳能的利用在需求时间和太阳辐射能量规律上存在根本性的矛盾,因此蓄热技术便是解决这一矛盾的一种有效办法。热蓄能方式目前主要有三种,分别是显热蓄能、潜热蓄能和化学反应蓄能。其中相变蓄热因其热效率高、储热密度大、蓄热器结构紧凑、储存能量容易释放等突出优点,应用前景好,发展潜力大,成为了目前应用最多和最重要的蓄热方式。本课题来源于科技部“十三五”重大专项项目“基于空气源热泵的多能互补供暖关键技术研究及示范后测评”(课题编号:2016YFC0700406-02),本论文仅重点研究了低温相变石蜡潜热蓄热单元的特性。首先设计了一种新型的潜热蓄热单元,该单元的盘管形式与普通螺旋式盘管的相比,有着更长的换热距离以及更合理的换热结构,因此提高了潜热蓄热单元的换热效率。并根据实际工况温度区间,选取了低温相变的石蜡作为相变材料,通过储存冬季日间的太阳能,从而实现夜间空调新风预热的目的。利用热阻测试仪和差示扫描量热仪对石蜡的熔点、导热系数和密度等相关热物理系数进行了测定。设计并搭建了主要包括电加热器蓄热、水箱释热等控制方式以及温度监控、流量监控等功能的实验平台,对该潜热蓄热单元进行测试。随后根据相变材料的热物理参数以及潜热蓄热装置的尺寸参数,基于焓——多孔介质法,建立了三维数值模型。通过数值计算研究了该潜热蓄热装置的中,低温相变石蜡的动态熔化及凝固规律,为了验证数值模型的可靠性,将数值模拟结果与实验测试数据进行对比,发现两者误差在±5%以内,因此根据数值计算结果对后续装置结构设计进行优化是可行的。最后根据数值模型计算,对每段盘管对应不同壳体长度下的三种设计工况进行了对比分析,研究了其对于相变蓄热单元蓄释热特性的影响。结果表明,壳体长度在换热盘管径向上并没有对相变材料的动态熔化和动态凝固规律产生明显影响,但是在壳程轴向上影响到了总体材料的相变程度。在释热工况下,100mm的壳体长度相对于200mm和300mm的壳体长度,平均温度分别低了大约1.5℃和2℃,平均液相率分别低了大约30%和40%;在蓄热工况下,100mm的壳体长度相对于200mm和300mm的壳体长度,平均温度分别高了大约2℃和3℃,平均液相率分别高了大约40%和60%,考虑到单盘换热器受其换热能力的限制,随着换热盘管间距离的增大,会降低相变材料的蓄放热能力,造成相变材料的费效比降低。因此适当缩短每段盘管对应的壳体长度,不仅能更有效的利用换热流体的换热能力,还能降低相变材料的充注量,提高装置蓄能整体的费效比。并根据分析得出,在增加换热盘管数量后,总换热长度的增加可能造成壳程轴向上前后相变不均匀的现象,在蓄热工况下,由于换热器与相变材料的换热导致换热流体在轴向上温度逐渐降低,后部的相变材料由于换热器的热量不足从而可能无法达到相变温度,无法实现蓄热。但是,随着蓄热时间的增加,换热器与装置前部的换热量减少,温降变小,达到后部后还有实现相变材料相变的能力,即装置后部的相变材料仍能实现相变蓄热。本文的研究成果,为进一步研究装置整体的换热规律和新风在装置中的流动变化及换热特性奠定基础,并可作为蓄热设计在工程上应用的参考。

关键词：蓄热单元相变材料盘管式换热器数值模型蓄释热特性

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太阳能蓄热单元蓄热过程的数值模拟与优化

轻工学报 2016年第2期31卷 74-80页

作者：吕彦力王建军郝亚萍袁培郑州轻工业学院能源与动力工程学院河南郑州450002

基于均匀设计方法设计了6个太阳能蓄热装置,将石蜡RT110作为相变材料封装于带内翅片的圆柱管蓄热单元内,建立蓄热单元模型并对其蓄热特性进行研究.结果表明:蓄热单元结构及尺寸对相变材料的蓄热速率有较大影响,并且较小的蓄热单元内径... 详细信息

基于均匀设计方法设计了6个太阳能蓄热装置,将石蜡RT110作为相变材料封装于带内翅片的圆柱管蓄热单元内,建立蓄热单元模型并对其蓄热特性进行研究.结果表明:蓄热单元结构及尺寸对相变材料的蓄热速率有较大影响,并且较小的蓄热单元内径、较多的翅片和较大的翅片高度可以显著增加蓄热量;蓄热单元各因素的二阶交互作用对蓄热单元蓄热能力的影响也很大,其中翅片厚度与翅片个数、圆柱内径协同影响蓄热单元的蓄热能力.

关键词：太阳能干燥相变蓄热蓄热单元数值模拟均匀设计

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高温蓄热堆积床蓄热单元传热特性的数值模拟

化工机械 2016年第2期43卷 228-234页

作者：车德勇蒋文强刘炜李少华沈辉高龙东北电力大学能源与动力工程学院中国大唐集团科学技术研究院

采用焓-多孔介质模型对高温蓄热堆积床蓄热单元相变过程进行模拟,探讨不同的封装材料、相变材料、熔化温度和运动粘度对相变材料熔化过程的影响。结果表明:当封装材料的导热系数远大于相变材料的导热系数时,封装材料对相变的影响非常小... 详细信息

采用焓-多孔介质模型对高温蓄热堆积床蓄热单元相变过程进行模拟,探讨不同的封装材料、相变材料、熔化温度和运动粘度对相变材料熔化过程的影响。结果表明:当封装材料的导热系数远大于相变材料的导热系数时,封装材料对相变的影响非常小,可忽略不计;通过对比不同相变材料的熔化时间和蓄热能力可知NaNO;、KNO;、LiNO;的完全相变熔化时间相差不大;高粘度的相变材料在相变过程中自然对流较弱,低粘度有利于相变材料熔化过程中的自然对流;熔化温度范围越小,越有利于相变材料的熔化。

关键词：高温蓄热堆积床相变材料蓄热单元传热特性