相变蓄热装置内温度场的模拟与实验研究

对螺旋盘管相变蓄热装置性能和相变材料(PCM)的传热特性开展模拟和实验研究,建立相变蓄热装置物理和数学模型,对蓄热温度场进行了数值模拟和实验测试。结果表明:自然对流换热对PCM的熔化过程影响很大,当考虑自然对流时,相变蓄热速率加快,相变分层现象明显;实验实测温度与模拟温度相近,说明所建立的模型适用于相变装置内部温度场的模拟。     

相变蓄热装置内部温度场的理论与实验研究

对螺旋盘管相变蓄热装置性能和相变材料 (PCM)的传热特性开展理论和试验研究,建立相变蓄热装置物理和数学模型,对蓄热温度场进行了数值模拟和实验测试。结果表明 ：自然对流换热对PCM的熔化过程影响很大,当考虑自然对流时,相变蓄热速率加快,相变分层现象明显;实验实测温度与模拟温度相近,说明所建立的模型适用于相变装置内部温度场的模拟。     

卧式套管潜热蓄热单元偏心与肋片结构优化模拟

利用偏心布置增强相变蓄热单元内部自然对流是提高相变蓄热系统性能的新思路,为了更深入地研究偏心布置对相变蓄热系统性能的影响,基于焓-孔隙率法建立了卧式套管相变蓄热单元的三维数学模型,并利用Fluent软件对环形空间相变材料熔化过程进行数值模拟,通过对熔化过程流场、液相率及温度云图的分析,将熔化过程划分为三个阶段：导热主导的初始阶段,随后是自然对流和导热的混合作用的阶段,以及导热再次占主导地位的最终阶段,并将相变材料环形空间划分为两个区域,据此提出新的评价参数“偏心面积比”。结果表明：硬脂酸作为相变材料时较佳的偏心面积比位于16∶1附近,熔化时间相对于同心布置缩短了45.8%,但同时会使蓄热单元?效率略有降低,并且预测对于其他材料,预期的最佳偏心面积比与使用材料的自然对流强度和导热能力之间的比值有直接相关。利用偏心结构与肋片结合的方法进一步强化传热,比较了螺旋肋、十字肋和X形肋三种肋片,发现X形肋具有较佳性能,与相应偏心无肋结构相比熔化时间缩短了36.7%,比螺旋肋和十字肋结构分别缩短了20.3%和7.1%。     

相变蓄热供热装置热性能试验研究与系统经济性分析

为分析相变蓄热装置在充热和放热过程中的热性能,设计并搭建一套相变蓄热供热装置中试实验系统,研究主要运行参数对相变蓄热装置热性能的影响;在此基础上,结合项目案例,对相变蓄热供热系统经济性进行分析。结果表明：相变材料(Phase Change Material, PCM)凝固过程中的传热主要受相变介质内部导热控制;而在其熔化过程中自然对流对传热起重要控制作用;蓄热装置充热速率快于放热速率。提高传热流体流量有助于增强PCM中的热传递,缩短充/放热时间,但蓄热装置内PCM温度分布均匀性有所降低;为降低系统能耗,提高储放热效率,优先选用小流量进行充/放热。该相变蓄热供热项目的动态投资回收期为3.55年,具有良好的经济性。研究结果可对相变蓄热供热系统的设计及应用推广提供参考依据。     

Numerical study on performance enhancement of latent heat storage unit

建立了考虑液态相变材料自然对流的壳管式相变蓄热单元的三维模型,数值分析了自然对流对相变蓄热过程的影响.对比研究了外侧强化传热管和双侧强化传热管对相变蓄热单元蓄热性能的强化效果.结果表明,液态相变材料的自然对流,会引起固-液界面分布不均匀现象,采用外翅片管可以有效削弱这一现象;采用外侧强化传热管和双侧强化传热管,都可以缩短相变材料完全熔化以及整个蓄热过程所需时间.与采用光管时相比,采用外侧强化传热管时,完全熔化时间减少了18.0%;采用双侧强化传热管时,完全熔化时间减少52.5%.可见,采用带有外翅片的强化传热管,不仅可以削弱自然对流引起的固-液界面不均匀性问题,而且可以强化相变蓄热单元的蓄热性能.     

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。     

管壳式蓄热装置的设计及蓄热单元三维数值模拟与优化

为弥补太阳能间歇性的缺点,设计了管壳式蓄热装置并建立了一个三维的、非稳态的、液态石蜡包含自然对流的相变蓄热装置模型,在该模型中取一个蓄热单元进行模拟研究。蓄热单元为圆柱体,内部放置石蜡,中心位置为传热管,热水通过传热管和传热管上的翅片对石蜡进行加热。对蓄热单元的蓄热过程进行了三维数值模拟,分别分析比较了有无自然对流条件,不同蓄热单元放置,以及增加内外翅片情况下蓄热单元的蓄放热性能,研究结果可为蓄能装置及集成系统的开发提供理论依据。     

相变蓄热型空气源热泵系统蓄、释热特性与供暖节能运行温度条件的研究

文章通过对典型城市最冷月的日逐时室外空气的平均温度进行分析,并结合空气源热泵的运行特性、建筑供暖负荷规律和人们的用能规律,提出了一种相变蓄热型空气源热泵系统,实现了通过日蓄、夜释的方式弥补低温时段空气源热泵供热能力不足的目的。文章设计了新型翅片管式相变蓄热器,开展了相变蓄热型空气源热泵系统蓄、释热特性实验。实验结果表明:翅片管式相变蓄热器蓄热时,相变蓄热材料温度分布均匀,空气源热泵的冷凝温度与相变蓄热材料之间的温度差为1.1℃,这有利于降低空气源热泵冷凝温度、提高空气源热泵性能系数;翅片管式相变蓄热器释热时,相变蓄热器入口水温对释热速度具有重要影响。同时,对相变蓄热型空气源热泵系统的蓄热能效进行分析,得到了相变蓄热型空气源热泵系统供暖节能运行温度条件。     

不同相变蓄能器对多联机空气源热泵蓄热特性影响

以多联机空气源热泵相变蓄能除霜系统为研究对象,采用实验研究的方法对采用翅片管型和螺旋盘管型相变蓄能器的多联机空气源热泵除霜系统的蓄能过程进行实验分析。研究结果显示:室内机全负荷状态下,相变蓄能器在供热过程中蓄热,螺旋盘管型蓄能器与翅片型蓄能器完成蓄热分别需要6.00和33.00 min。从整个供热周期来看,翅片型蓄能器对供热过程的影响更小,蓄热过程会引起室内平均进出风温差降低4℃、平均供热量降低6 kW,系统结霜时间缩短8 min。     

相变材料在太阳能-地源热泵系统中的应用

针对太阳能-地源热泵的供热量波动性问题,在系统中设置蓄热装置,利用相变蓄热材料具有蓄、放热的特性,达到调节系统供热量和稳定性的目的。通过对带有蓄热装置的太阳能-地源热泵系统的运行模式及其转换条件的研究,使系统运行处于最佳运行工况,提高了系统的总平均供热COP值,并使之达到6.5。     

不同相变蓄能器对多联机空气源热泵蓄能除霜性能影响

以多联机空气源热泵相变蓄能除霜系统为研究对象,采用实验研究的方法分别对采用翅片管型和螺旋盘管型相变蓄能器的多联机空气源热泵系统的除霜性能进行实验研究。研究结果表明,室内机全负荷状态下,相变蓄能器在供热过程中蓄热,螺旋盘管型蓄能器与翅片型蓄能器完成蓄热分别需要6.00和33.00 min。从整个供热周期来看,翅片型蓄能器对供热过程的影响更小,蓄热过程会引起室内平均进出风温差降低4℃、平均供热量降低6 k W,系统结霜时间缩短8 min。     

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。     

相变蓄热蒸发型空气源热泵性能实验研究

针对北方低温环境下空气源热泵性能低劣的状况,开发设计一种相变蓄热蒸发型空气源热泵系统,相变蓄热器由蓄热材料、双盘管和保温层组成,该热泵系统可在供热-蓄热、供热-放热和除霜-放热模式下运行。通过人工模拟各种不同环境温度对该热泵系统的不同运行模式进行性能测试。测试结果显示:相变蓄热蒸发型空气源热泵系统在3种模式下都具有优良的性能,在超低环境温度-25℃和-30℃下运行时,制热性能系数COP分别为2.00和1.94,制热量仍能满足供热需求,同时压缩机排汽温度显著降低。实验研究结果表明,该相变蓄热蒸发型空气源热泵系统能够解决空气源热泵在供热过程中存在的能量供需矛盾,同时可提高空气源热泵在低温运行下的各种性能。     

圆柱形等距螺旋盘管式相变蓄热装置蓄热性能研究

文章设计了一种以石蜡为相变材料的圆柱形等距螺旋盘管式相变蓄热装置,并通过实验分析了该装置的传热特性,以及传热流体入口温度、入口流量对石蜡的融化特性、相变蓄热装置的蓄热量及相变蓄热系统总传热系数的影响。分析结果表明:融化后期,石蜡的融化速率会明显加快;当传热流体入口温度一定时,随着入口流量逐渐增大,蓄热装置的最终显热蓄热量略微升高;与传热流体入口流量相比,传热流体入口温度对石蜡融化速率影响较大;相变阶段,石蜡的传热性能较强,传热流体入口温度越高,石蜡的传热性能越不稳定。     

强化太阳能相变蓄热技术的研究进展

为解决太阳能的间歇性问题,常将其与相变蓄热技术进行结合。与传统显热蓄热相比,相变蓄热可将蓄热能量提高数倍以上,具有巨大的研究和应用价值。本文总结分析了相变蓄热的传热机制及在强化太阳能相变蓄热技术上的研究手段,如变换蓄热结构、添加肋片、使用相变胶囊、充注多相变材料、蓄热材料中添加高导热物质等。分析结果显示,相变传热机制中,融化过程主要考虑对流换热,凝固过程热传导占主导;使用肋片、相变胶囊等,主要增大相变材料接触面与蓄热体的比值,进而改善传热;蓄热材料添加高导热物质,可以改善相变材料的团聚、结核及使用寿命,从而提高导热性能,其中添加泡沫金属效果最为显著。     

冬季太阳能相变蓄热通风墙热工性能的数值模拟

在建筑通风墙体中加入相变材料被认为是改善其冬季热工性能的有效方法。相变材料在墙体中可采用分块的方法进行宏观封装，此时材料在熔化过程中产生的自然对流现象十分显著，不能被忽略。该文使用开源计算流体力学框架OpenFOAM下开发的求解器针对被动式相变蓄热通风墙体的热工性能开展了数值研究，以准确模拟相关传热、流动、相变等物理过程。计算结果表明：相变材料蓄热墙能有效降低室内温度波动；相变材料内部的自然对流作用很大程度上影响着材料的熔化与凝固速度，因此材料封装时的长宽比以及分块方式应做出审慎选择。     

环腔型汽车相变蓄能器蓄能特性研究

通过对相变蓄能器的蓄能及相变过程进行了模拟分析,得到了相变材料在蓄能过程中液相分数及温度随时间的变化规律。模拟了不同相变材料初温、不同流体初温、不同工况下相变蓄能器的蓄能情况。得到了冬天和夏天相变蓄热器初始温度不同时,液相率的变化影响不明显,设计的相变蓄能器在40 min左右完成蓄能过程,符合城市生活的一个出行时间。在进口水温为368K时对蓄热最有利,能达到最好的蓄热效果。当进口流速0.113 m/s时,此后流速继续增大,蓄热时间已没有明显的变化,这时再通过减小流体与材料间对流换热热阻来加强换热意义不大。     

严寒地区单体建筑太阳能-相变墙系统蓄热特性研究

利用太阳能对水加热并通入相变墙进行蓄热,对减少严寒地区单体建筑供热能耗有重要意义。以大庆市某单体建筑为例,结合该地区太阳能分布特点及建筑热负荷大小,对适用于该地区的太阳能-相变墙系统进行集热与储热能力计算,并采用CFD方法研究单一工况下该系统的热工变化规律及不同热水参数、换热管规格对相变墙蓄热特性的影响。结果表明：该相变墙热稳定性良好,但受自然对流影响,底部相变材料熔化较慢;管径DN25、入口流速0.3m/s、供水温度310.15K、回水温度309.15K、管间距107mm可使相变材料在4小时内完成蓄热,平均节能率为31.8%。研究结果可望为降低严寒地区建筑供热能耗提供新思路。     

选取不同墙体材料时建筑房间内导热辐射与自然对流耦合换热问题的研究

对采用几种典型墙体材料时,建筑房间导热、辐射与自然对流耦合换热问题进行数值研究.计算采用SIMPLE算法、QUICK差分格式.计算结果表明,当室外环境相同时,分别采用灰砂砖砌体、空心砖砌体、聚苯板作为墙体材料,对室内温度及墙体内表面温度影响不同.选择聚苯板作为建筑围护结构的保温材料相对较好.昼夜温差较大的地区,可利用相变材料的蓄热性能,减小房间内的温度波动,提高热舒适度.对于建筑来说,利用墙体蓄热,将白天太阳辐射的一部分热量储存起来,到了夜间再释放出来,可降低白天的空调冷量,达到节能和环保的目的.     

椭圆管强化固液相变蓄热器的数值模拟

由于蓄热材料融化后受自然对流的影响,为了改善固液相变蓄热器上下融化不均的情况,采用椭圆管强化蓄热器中的传热,利用Fluent软件模拟了相同面积的圆管和椭圆管这2种结构中石蜡相变的融化过程,得到了石蜡融化过程温度场分布及融化过程中液相分数线的规律,根据这些规律分析了椭圆管对增强蓄能效果的影响,并且分析了不同椭圆管长短半轴比对加快石蜡蓄热时间的影响。