石蜡/石墨烯相变材料在多管换热器中的储热性能

采用数值计算方法对填充在多内管换热器中的石墨烯/石蜡复合相变材料的熔化凝固性能进行了深入研究,分析了换热内管数目不同,当换热内管中分别通入一定温度的热水或凉水时,换热器内的相变材料(PCM)在熔化或凝固过程中的温度和液相率(液相体积分数)随时间的变化关系.结果表明:熔化时PCM与换热管之间以自然对流换热为主,凝固时,由...     

翅片管式相变储能换热器蓄放热性能的数值研究

针对目前换热器热量利用率不高、换热效率低的问题,提出一种翅片管式相变储能换热器。建立翅片管式相变储能换热器的二维传热模型,采用ANSYS软件对翅片管外相变材料的熔化和凝固过程进行数值模拟,分析不同翅片参数对相变熔化和凝固时间的影响,得出蓄放热阶段的传热规律。结果表明:在蓄热阶段,相变材料在同一高度优先在靠近换热管管壁处开始相变;在同一垂直面上,自上而下熔化。在放热阶段初期,相变区域对流作用较明显,相界线弯曲程度较大;后期时,对流换热作用逐渐减弱,固液相界线趋于平直。翅片的导热系数、厚度、间距的变化会影响相变材料熔化和凝固的时间,其中翅片间距起主要作用。     

蓄能供热型太阳能集热器结构优化

提出一种蓄能供热型太阳能集热器,将太阳能真空集热管、重力热管蒸发段、热泵蒸发器和相变材料集于一体,可有效克服太阳辐射波动性影响,结构紧凑,集热效率高. 利用FLUENT软件模拟研究蓄能供热型太阳能集热器内相变材料的蓄放热特性. 对比分析集热器内不同结构:重力热管蒸发段和蒸发器管路采用并排布置或三角布置时相变材料的温度场和速度场,结果表明,并排布置方式优于三角布置方式,相变材料完全熔化时间可缩短22.6%,完全熔化时相变材料储存的热量更多. 研究集热器倾斜角度对相变材料蓄热/释热过程的影响,结果表明,蓄热过程倾斜放置比竖直放置时相变材料的完全熔化时间缩短了约28%,而释热过程完全熔化时间不受倾斜角度的影响. 最后研究了相变材料的相变温度和相变潜热对相变过程的影响,结果表明,在能够满足相变材料蓄热所需的相变温度范围内,应选取相变温度较低、相变潜热较大的相变材料.     

蓄能型振荡热管太阳能集热器性能研究

本文设计了一种蓄能型振荡热管太阳能集热器,将其应用在蓄能型振荡热管太阳能热泵系统中,实现太阳能分季节全天候利用,提高能源利用率.使用Gambit软件建立蓄能型振荡热管太阳能集热器的三维模型,并利用Fluent软件对蓄能型振荡热管太阳能集热器中相变材料的蓄热过程进行了模拟研究,得到不同集热器结构参数、集热器内蓄能材料、太阳辐射强度、外界换热条件等对其温度场、液化率等的影响.根据模拟结果,振荡热管间距选17 mm,真空管后增设金属反射板,集热管内采用复合相变材料,夏季利用高温相变材料蓄热直接加热热水,冬季利用低温相变材料给热泵蒸发器供热,从而提高系统整体性能.     

内插热管式太阳能集热器内相变材料的蓄热/释热特性研究

提出一种蓄能型内插热管式太阳能集热器,在太阳能真空管和振荡热管蒸发段之间充灌相变材料,提高集热器的瞬时集热效率. 利用Gambit软件建立内插热管式太阳能集热器的三维模型,基于FLUENT软件的凝固/熔化模型,以癸酸(CA)为相变材料进行模拟研究,采用Boussinesq近似法对比分析了考虑浮升力前后的真空管内温度场分布、液化率、不同测点的温度曲线的变化,探究了浮升力对集热器内蓄热/释热过程换热规律的影响. 结果表明,相变材料熔化过程中浮升力起着至关重要的作用,使得真空管内顶部的升温速度快于底部. 而凝固过程中浮升力的影响可以忽略不计. 蓄热过程中集热器内相变材料在轴向上的传热方式,固态显热和相变蓄热阶段以导热为主,液态显热蓄热时以对流传热为主,而在径向上始终以导热为主.     

椭圆管强化多管蓄热器的数值模拟

针对多管式相变蓄热器模型,运用CFD技术对相同横截面积的圆管、椭圆管外的1.5%石墨烯/石蜡复合相变材料的熔化、凝固过程进行仿真。在考虑自然对流的情况下,模拟结果表明：椭圆管的换热综合性能高于圆管;当内管中水的流速相同时,椭圆管的蓄放热效率分别比圆管高12.96%和9.20%。     

变径蛇形管换热特性数值分析

主要针对变径蛇形管的换热特性进行研究,以联苯混合物导热油作为换热介质,分析变径蛇形管的换热特性、阻力特性以及综合性能。通过使用CFD软件对蛇形管内流体的换热性能进行数值分析,确定一种最好的变径方式。     

球形容器内复合相变材料的约束熔化传热过程

为评估高导热填料对复合相变材料熔化传热过程的影响,采用实验方法定量分析典型球形容器中添加石墨纳米片的十二醇基复合相变材料的约束熔化传热过程.以熔化过程中的瞬时质量熔化率为比较对象,对石墨纳米片的质量分数和恒温加热边界条件进行参数化研究.实验结果表明,随着质量分数的增加,复合相变材料的熔化传热过程从以自然对流为主导逐渐转变为以导热为主导.在所研究的工况范围内,虽然复合相变材料的导热系数有一定程度的提高,但不足以弥补黏度增长所引起的自然对流削弱效应,反而使得熔化过程有所减缓.通过数据拟合得到了熔化率随傅里叶数、斯蒂芬数和格拉晓夫数等特征无量纲数变化的实验关联式,其预测结果的误差小于15%.     

球形容器内复合相变材料的约束熔化传热过程

为评估高导热填料对复合相变材料熔化传热过程的影响,采用实验方法定量分析典型球形容器中添加石墨纳米片的十二醇基复合相变材料的约束熔化传热过程.以熔化过程中的瞬时质量熔化率为比较对象,对石墨纳米片的质量分数和恒温加热边界条件进行参数化研究.实验结果表明,随着质量分数的增加,复合相变材料的熔化传热过程从以自然对流为主导逐渐转变为以导热为主导.在所研究的工况范围内,虽然复合相变材料的导热系数有一定程度的提高,但不足以弥补黏度增长所引起的自然对流削弱效应,反而使得熔化过程有所减缓.通过数据拟合得到了熔化率随傅里叶数、斯蒂芬数和格拉晓夫数等特征无量纲数变化的实验关联式,其预测精度在15%以内.     

扩展表面在相变储热中的强化换热研究进展

相变储热在节能、电力调峰等领域日益得到关注,然而相变材料热导率普遍较低,导致储热系统热性能较差。文中从强化换热角度出发,对以扩展表面技术强化相变储热单元热量传递相关的翅片、热管、翅片耦合热管或泡沫金属进行了综述。文献分析表明,上述强化换热元件均可显著提升储/释热效率,翅片结构和布置方式会影响相变材料的强化换热效果;热管与相变材料普遍有着较好的相容性,其对相变过程中的均温性较好;翅片耦合热管综合利用了二者之间的传热特性,且热管数量较翅片几何参数对相变材料的凝固/熔化影响更大。在未来研究中,通过拓扑优化获取几何结构更为优异的翅片、热管以及翅片与热管耦合对相变材料传热强化的机理具有重要的研究价值。     

蓄能型太阳能热泵系统中复合材料蓄热过程研究

设计了一种分季节蓄能型太阳能热泵热水系统,集太阳能集热容器、相变储能容器、热管于一体,利用Fluent软件对蓄能型太阳能集热器开展了数值模拟,使用Solidification/Melting和VOF模型模拟癸酸/62#石蜡复合相变材料蓄热过程,并采用Boussinesq近似法考虑了自然对流的影响. 结果表明,在集热器内只充灌单一相变材料不能满足不同季节蓄能型热泵系统的供热水需求. 由癸酸和62#石蜡组成的复合相变材料在蓄能过程中出现了两个相变温度,分别在32.66 ℃和59.45 ℃,可以满足本系统不同季节的蓄热需求. 蓄热过程中,由于癸酸和62#石蜡本身密度差以及浮升力的影响,真空管纵向截面出现了温度分层现象. 结果可为复合相变储能材料的推广应用提供可靠的理论依据.     

高温相变储热单元模拟研究与计算

运用Fluent软件对圆形储热单元内部LiCl高温相变材料熔化过程进行二维数值模拟。模拟结果表明：不同位置的LiCl都会出现恒温＂平台＂,其平台的长度和出现的时间间隔随空间位置的不同而有显著差异;随时间的增加,储热单元储热量在相变区明显增大,其储热功率也相应出现了最大值。相变材料的导热系数、相变储热单元的形状和空间尺度以及其恒温隔热装置是改善相变储热系统储热性能的关键性因素。     

空气源热泵相变蓄能除霜蓄能特性实验研究

为了研究空气源热泵相变蓄能除霜过程中不同蓄热模式下的系统特性,在人工模拟环境下,对不同的蓄热模式特性进行了实验研究。实验结果表明：串联蓄热模式下,压缩机吸排气压力和温度分别稳定在0.38 MPa和1.65 MPa以及-6.9℃和75.0℃,而并联蓄热模式和单独蓄热模式下吸排气压力低至0.12 MPa和1.16 MPa,排气温度高达122.5℃。串联蓄热模式下,相变材料在蓄热过程中很好的完成相变,室内机出风温差达到18.0℃,压缩机耗功达到825 W。因此,串联蓄热模式下系统压力和温度等特性最为稳定,且蓄热过程时间较短,对室内供热影响最小,具有较强的可行性。     

太阳能相变蓄热系统在空调制冷中的应用研究

将太阳能相变蓄热应用到空调制冷系统中,提出了一种太阳能相变蓄热空调制冷系统。对相变蓄热装置放热过程中的部分热工参数进行了计算,并对空调制冷系统的热效率进行了分析。通过分析可知,该系统避免了以往太阳能空调系统存在的不稳定性和间断性问题;太阳能相变蓄热装置具有体积小、蓄热量大、放热温度均匀、便于控制等特点,适用于存储太阳能并为空调制冷系统提供加热热源。     

有机相变储热复合材料的储/放热性能研究

以高孔隙率泡沫石墨材料作为骨架在真空环境下吸附石蜡,制备而成新型有机相变储热复合材料。利用HotDisk热常数分析仪和差示扫描量热仪(DSC)研究了其热性能,结果证明复合材料的导热能力得到了极大强化。对分别填充了复合材料和纯石蜡的以水作为热媒的储热槽进行了实验研究,重点考察了两者在储热和放热过程中的温度均匀性、储能速率及泡沫石墨对石蜡相变的影响,同时就泡沫石墨的孔隙率大小对复合材料导热性能和储能速率的影响规律进行了对比分析。研究表明,复合材料的相变温度区间基本不变,导热性能提高了21倍,相变时间缩短了56%以上,相变界面移动加快,储热槽的储热、放热性能和储能密度有了很大提高;不同孔隙率会影响复合材料的导热系数、储能速率和储能容量,在提高储能速率和保证储能容量两者之间,选择孔隙率为91%的泡沫石墨作为复合材料骨架应是一最佳值。     

太阳能蓄能通风系统理论模型

建立一个太阳能蓄能通风系统的理论模型,以计算该系统白天蓄热量和夜间通风量.以昆明市气象参数为依据,分析了采用相变材料的相变温度分别为38、44、50、63℃时,该系统通风量与烟囱倾角的变化关系.计算结果表明,对于不同相变材料,无论在何倾角下,他们的蓄热量大小趋势都是一致的,即相变温度越高,蓄热量越小.综合考虑通风量和通风时长2种因素,系统最佳倾角应该为45°,而最佳相变材料应为38℃十四烷酰.     

新型三元双向相变制冷模型的建立与数值模拟

目的结合峰谷电价、室外自然冷源和相变储能三种节能技术,研究开发一种新型的三元双向板壳式换热储能模型．方法选取癸酸和月桂酸的混合物作为室温相变材料,利用计算流体动力学（CFD）软件对制冷剂单独制冷、室外自然冷源单独制冷以及联合制冷三种过程进行了数值模拟,由模拟得到的制冷过程中的PCMs的液相分数及温度场分布图,分析了其换热机理．结果制冷过程进行4h后,联合制冷液相分数由1变为0,制冷剂单独制冷液相分数由1变为0．7,室外自然冷源单独制冷液相分数由1变为0．2．结论联合制冷中,相变材料与冷冻水换热和相变材料与冷空气的换热互相耦合,与制冷剂单独制冷和室外自然冷源单独制冷相比,缩短了制冷时间,提高了能源利用率．