多级相变太阳能通风吊顶蓄放热特性研究

提出一种基于太阳能热风供暖系统的多级相变通风吊顶新型供暖末端。建立多级相变太阳能通风吊顶传热数值模型,对比研究了单级、两级和三级相变太阳能通风吊顶的蓄放热特性,分析相变材料的长度配比、空气流速对供暖末端蓄放热性能的影响规律。研究结果表明,与采用单一相变材料的通风吊顶相比,多级相变太阳能通风吊顶在蓄放热过程中出口平均温度差异更小。相变蓄热级数为3时,通风吊顶的蓄、放热效率及相变材料利用率改善最大,分别为6.5%、7.9%和25.1%,各级相变材料长度的配比为1∶1∶1时,蓄、放热效率及相变材料利用率最佳,分别为51.0%、88.7%和93.9%。空气流速不宜大于1.6 m/s,在保证供暖效果的前提下可适当减小空气流速。     

高温肋板式蓄热器蓄/放热特性的数值模拟

采用计算流体动力学方法对高温不锈钢肋板式相变蓄热器的蓄/放热特性进行了数值模拟。分析了多孔肋片和锯齿肋片对蓄热器蓄/放热特性的影响以及载热体入口温度和流量对相变材料熔化和凝固速度的影响,计算结果表明:在该新型肋板式相变蓄热器中,多孔翅片的性能优于锯齿肋片;随着蓄热器传热温差的增大和载热体流量的增加,蓄热器的蓄/放热性能越好;肋片作为换热元件可以很好的提高蓄热器的蓄/放热性能。所得结论可为高温肋板式蓄热器的优化设计提供有益的参考。     

多通道平行流扁管-紧凑式翅片相变蓄热器蓄/放热性能

工业余热浪费严重、利用率较低且实际应用过程中受到时间和空间的限制,需要高效蓄热技术和装置来解决此类问题。提出一种将多通道平行流扁管与紧凑式翅片相结合的新型相变蓄热器,以水为载热流体,月桂酸为相变材料。实验研究了载热流体注入方式、流量、入口温度对蓄热器蓄/放热性能的影响,并分析小温差下蓄热器的传热特性。结果显示,该蓄热器相变材料填充率为82.5%,紧凑式翅片的采用极大强化了相变材料侧换热过程,蓄/放热性能优良。当载热流体入口温度分别为45℃和41℃时,相变材料约在270 min和75 min完成相变,最小蓄/放热温差可达2℃,最小温差时的平均蓄热比功率为25.18 W/kg,平均取热比功率为20.23 W/kg。     

三套管式相变蓄热器分形肋片设计及(火积)耗散分析

通过数值模拟的方法,根据分形原理设计了三套管式相变蓄热器的肋片并分析其蓄、放热特性,运用(火积)耗散原理对其蓄、放热过程进行分析。结果表明:相比其他结构的相变蓄热器,安装分形肋片的相变蓄热器可使蓄、放热时间缩短,效率提高;模型2(T形分形模型)和模型3(Y形分形模型)比模型1(直肋模型)的蓄热时间分别缩短了35.64%和33%,放热时间分别缩短了47.65%和43.4%;模型2和模型3相比模型5(2倍填充直肋模型)所需蓄、放热时间基本接近,说明分形设计只需较低的金属填充量便可达到很好的蓄、放热效果;安装分形肋片的相变蓄热器在蓄、放热过程中(火积)耗散率(或其绝对值)下降更快,可逆性更好,换热效率更高。     

管壳式换热器蓄热单元数值模拟与优化

相变材料导热系数低,导致相变蓄热装置无法快速地进行热量储存和释放,文中建立了翅片管和光管式相变蓄热单元的三维计算模型,采用数值模拟方法,从蓄热速率、蓄热量以及温度场等方面比较分析了翅片管和光管结构对储热性能的影响。结果表明:在光管外壁添加翅片可以缩短相变材料完全熔化以及整个蓄/放热过程所需时间;与采用光管结构相比,采用翅片换热管时,完全熔化时间缩短32%,完全放热时间缩短14.5%。可见,在一定条件下添加翅片有助于提高蓄热体的蓄放热性能,所得结论对实际工程中相变蓄热系统的设计和优化具有一定的参考价值。     

新型定形板状相变材料的蓄/放热特性

对填充了新型定形板状相变材料的蓄热槽的蓄／放热特性进行了数值计算分析和实验比较。根据数值计算，对影响蓄热槽蓄／放热特性的主要因素——相变材料的几何尺寸、相变材料的导热系数、流体流速、对流放热系数、相变材料填充率等的影响规律进行了分析研究，计算出了蓄热槽内温度分布随时间的变化；并在实验台上测试了蓄热槽初始温度、流人和流出蓄热槽流体温度、作为蓄热体的相变材料测点温度随时间的变化，计算结果与实验结果具有较好的一致性。     

基于相变蓄热和热电转换的低品位热能热/电联合回收实验研究

针对低品位热能回收,提出一种采用相变蓄热及热电转换技术以实现热能/电能联合回收利用的新方法,回收的热能用于加热连续供给的冷媒水并同时发电。搭建实验系统对其热/电回收性能进行实验研究,结果表明:综合相变材料(PCM)温度及温差变化曲线可较好地反映出系统的相变蓄热规律,冷媒水温升及热电转换量明显且存在由PCM相变效应引起的平稳变化段,占PCM主要相变阶段的16.7%。增加冷媒水流量及热电转换单元(TEM)数量会降低冷媒水温升、提高热电转换量。冷媒水流量、热源输入功率和TEM数量为影响热/电回收性能及蓄、放热时间比的主要因素。间歇性蓄、放热循环实验中冷媒水温升和热电回收功率分别稳定在6~13℃和0.020~0.085W,显示该文提出的热回收方法对间歇性热能回收具有较好的稳定性。     

蓄热蒸发型空气源热泵蓄热器特性实验研究

以所研制的相变温度为30℃的圆柱形螺旋盘管相变蓄热装置为研究对象,实验分析其在不同室外温度下的蓄、放热特性和除霜特性。研究结果表明:该相变蓄热装置具有良好的蓄放热能力,可满足蓄热蒸发型空气源热泵在低温工况下的供热需求,可有效解决空气源热泵系统的热量供需矛盾,同时缩短除霜时间达50%,提高热泵系统的供热效果。但蓄热器的蓄热速度慢,在有限时间内的蓄热量少,为实现热泵系统在极低温环境下的高效工作,须采取措施强化该蓄热器的换热。     

变速运动相变胶囊强化传热实验研究

为了研究变速运动对相变胶囊的强化传热效果,选用十六烷为相变材料,黄铜为壳制备圆柱形相变胶囊,利用曲柄摇杆往复装置实现变速运动并搭建实验平台;实验设计相变胶囊在蓄、放热过程中温度的变化范围为10~30 ℃,变速运动的方向为沿胶囊轴向或径向往复运动,振幅为6~12.5 mm,频率为1.55~3.78 Hz,通过测量均匀分布在胶囊内部轴线上8个测点的温度数据分析变速运动的方向、振幅和频率对胶囊蓄、放热效果的影响。实验结果表明：变速运动显著增强了相变胶囊的换热效果,在实验范围内,相比于静止状态,换热系数最大可增加35.6%;胶囊沿径向运动比沿轴向运动强化换热效果更好,沿径向运动时换热时间最多可缩短26.7%;不同工况下胶囊的放热时间均高于蓄热时间,增加振幅和频率可以有效提高蓄、放热效率且对蓄热过程的影响更加显著。     

制冷系统热回收装置相变材料的分析研究

以FeCl3·6H2O为制冷系统热回收装置的相变蓄能材料,建立蓄热体的物理模型及模拟简化模型,在自然对流的影响下,模拟相变材料的蓄、放热特性,找出固-液界面、温度场、速度场、液相比例、传热系数、热流密度、监测点的温度等随时间的变化规律,为制冷系统热回收装置的设计提供了理论依据。     

相变胶囊的蓄放热特性分析

运用显热容法对相变胶囊在外部对流换热条件下的蓄放热特性进行了分析。对Stefan数、Biot数、相变半径等影响因素的分析结果表明，相变胶囊的优点表现为持续稳定的热流特性、对相变材料的导热性能要求不高、换热效率高、适用于在小温差条件下的热能存储和供给。     

一种太阳能储能装置的模拟计算与实验分析

利用太阳能相变储能技术提出一种新型太阳能储能装置,并搭建该装置的实验测试台,简要分析了该装置的结构和工作原理。将太阳能集热部分与储能一体化设计,在增强换热的同时降低了储能空间,具有良好的蓄放热性能。通过相关实验表明:装置蓄热时间为307 min,储能量为10.64 MJ;将流量为2.2 L/min、温度为33.2℃的冷水充入集热器,放热时长60 min,总出热水量为132 L,放热量为8.43 MJ,整体效率为64.7%。ANSYS模拟及相关实验验证,相变储能单元内部相变材料和装置放热过程中储能单元的温度变化对蓄热一体化集热器的设计具有参考价值。     

混合式填充床熔盐蓄热系统热性能分析

基于混合扩散中心对称(D-C)模型,考虑自然对流现象对液态相变材料(PCM)导热性能的影响,建立填充床蓄热系统的热力学模型,开发数值计算程序并通过文献实验数据对其进行验证。研究混合式填充床熔盐蓄热系统在工程规模下蓄、放热过程的循环热特性;从温度分布和填充床热装载率分布的角度评价蓄热系统的热力性能;并研究填充床结构对蓄热系统放热时间和系统容量因子的影响规律。结果表明随着总相变填充比例的增加,系统容量因子呈先增大后减小的趋势,系统放热时长则一直增加,且增幅逐渐减小;在一定的总相变填充比例下,存在最优的高、低温相变填充层体积比使系统的放热时长和容量因子达到最大值。     

电热型管壳式相变蓄热器的设计与性能实验

相变蓄热技术近年来在电力削峰填谷的应用中发挥了重要作用,成为供热领域的新热点。本文设计了以PTC电加热棒为发热源,水为载热介质,纳米共晶水合盐为相变蓄热材料的管壳式相变蓄热器。实验研究了蓄放热过程中装置内部水和相变材料的温度分布情况以及特定温度范围的蓄放热性能及变化规律。结果表明,以圆管正三角阵列 + 折流板为特征的管壳式换热器结构可以使蓄热器内部温度分布更加均匀;以某测温点水温75 ~ 98℃变化区间为蓄放热周期,蓄热周期的实际蓄热量为779 796 kJ,有效蓄热系数达到0.91,平均蓄热功率为94.13 kW;在放热周期,放热功率从74.2 kW随水温的下降而逐渐减小至51.8 kW,当水温降至相变温度以下时,放热功率趋于稳定。     

同心套管石蜡相变熔化数值模拟分析

以相变材料石蜡作为研究对象,采用数值模拟方法分析同心套管蓄热装置(以下简称蓄热装置)内换热管与石蜡相变的温差(以下简称换热温差)对石蜡相变传热的影响。研究石蜡在不同换热温差下随时间变化的液相率和熔化速率。6种工况下的相变传热过程均为自然对流传热与导热的共同作用,自然对流传热对熔化过程起关键作用,加快了石蜡的熔化速率,上半部分的熔化速率远大于下半部分,造成石蜡液相率分布的不均匀性。换热温差越大,相同时刻的石蜡液相率越大。下半部分未熔化的石蜡未受到浮升力的作用,且未熔化的石蜡离加热管壁面越来越远,导致热阻越来越大,熔化需要的时间越长。采用3/4熔化时间能够提高蓄热效率。     

梯级相变蓄热装置蓄放热性能模拟研究

文章设计了包含多种蓄热材料的梯级相变蓄热装置,建立了该装置蓄放热过程的数学模型,模拟并对比了单级、梯级相变蓄热装置在相同工况下的蓄热量、有效能利用率、液相率、传热热流密度等性能的差异。在相同工况下,与单级硬脂酸相变蓄热装置相比,梯级相变蓄热装置的蓄热量提高16.9%,有效能利用率提高10.1%,蓄热/放热平均热流密度分别提高97.6%,64.9%,蓄热/放热用时分别缩短50.5%和39.2%。梯级相变蓄热装置的蓄热用时随传热流体进口流速的增加呈现先下降后上升的趋势。梯级相变蓄热装置的蓄热用时长短受传热流体进口流速工况的影响。     

相变蓄冷装置内传热及相变特性研究

建立了三种不同蓄冷球球径堆叠方式的相变蓄冷装置模型,对其进行了数值模拟以研究其内部传热及相变特性。结果表明：随着流速的提高、蓄冷球直径的减小,蓄冷结束后三种方案中装置内蓄冷球的凝固率提升显著;双球径方案与单球径方案装置内蓄冷球凝固率随时间变化的规律在蓄冷过程初段相类似,但两方案中相同球径部分蓄冷球相变结束,双球径方案中发生相变的蓄冷球由大直径转变为小直径时,其凝固率随时间变化的速度逐渐超过单球径方案。该研究可为相变蓄冷装置的实际设计及性能优化提供参考     

太阳能热发电用相变蓄热器的数值模拟与优化

采用单级壳管式蓄热结构,运用FLUENT软件进行数值计算,对蓄、放热过程进行分析,分析了固、液界面前端位置的变化,通过对数据的曲线拟合得出熔化时间与入口温度的函数关系,讨论了蓄、放热熔化凝固时间以及管内温度的变化.通过拟合,得到的曲线显示出很好的一致性,得出最佳入口温度1025 K,流量0.05kg/s.对蓄热和放热阶段分析,得到前端位置随时间变化形状呈现锥形,管内温度的变化,显示了相变蓄热技术的优势,得出的结论对相变问题的数值模拟以及相变装置的结构设计具有重要的理论价值.     

中温相变蓄热装置蓄放热性能的数值分析与实验研究

以所研制的相变温度为76℃的相变蓄热装置为研究对象,通过数值模拟和实验研究,对该相变蓄热装置的蓄、放热性能进行了模拟分析与实验验证。研究结果表明:所研究的相变温度为76℃的中温相变蓄热装置具有良好的蓄、放热性能,为在太阳能利用、工业废热利用以及暖通空调蓄热等领域的工程应用提供了可能。     

相变蓄热式集热器蓄放热数值与实验分析

对一种相变蓄热式太阳集热器的蓄放热过程进行CFD软件数值模拟和实验测试。该集热器由全玻璃真空集热管、相变蓄热单元和U型换热器组成。选用相变温度在330~400 K的3种适合于太阳集热器的复合相变材料石蜡、Ba(OH)_2·8H_2O和赤藻糖醇,在蓄热式集热器中进行蓄放热性能测试。研究表明,填充Ba(OH)_2·8H_2O的蓄热式集热器在总蓄热量、材料内部温度均匀性等蓄放热方面性能优越。实验结果对蓄热式集热器的设计具有参考价值。