太阳能吸热器换热管蓄热数值模拟与试验研究

对以高温共晶盐LiF—CaF2为相变材料(PCM)和以干空气为工质的相变蓄热系统，采用焓方法建立了以控制体单元为对象的单管相变蓄热模型，并对系统进行了数值分析，得到了循环工质气体出口温度、相变材料容器最高温度和平均壁温等参数的瞬态变化曲线，实验研究了吸热器换热管的蓄傲热性能，分析了工质进口温度、输入热流级工质流量对工质出口温度、PCM容器平均壁温及最高壁温的影响。计算结果和试验表明单元换热管的蓄傲热性能达到了设计要求，试验结果与数值计算吻合良好。     

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。     

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。     

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。     

相变墙房间热性能研究现状及发展趋势

相变储能在建筑节能和暖通空调领域中的应用越来越受到重视,已成为国际研究的热点。本文分析了国内外相变储能理论与技术的发展现状,分析了作为建筑围护结构常用的热特性分析方法,提出了作为相变墙房间下一步的研究重点和研究方法,为相变墙房间蓄换热机理及热特性的研究奠定了基础。     

RT6/纳米铝相变蓄冷材料的热物性研究

石蜡类相变材料RT6相变潜热高,相变温度低,化学性质稳定,但其具有导热系数低,蓄能时间长的缺点,固采用纳米粒子强化换热。通过粒度观测法选取分散稳定性较好的纳米Al粒子制备纳米相变材料,实验分析强化后的相变过程、纳米流体石蜡/纳米铝的导热性和相变特性。实验结果表明,复合材料稳定性好,相变温度基本不变为4～8℃,相变焓值略有下降,但导热系数明显提高,可以作为蓄冷系统的新型蓄冷材料广泛应用。     

（相变）复合材料瞬态导热性能的简化计算方法

一般情况下复合材料不存在有效导温系，其瞬态热性能需藉三维非稳态传热模型分析。如掺温材料中涉及相变材料，由于其等效比热容与温度强烈相关，使得描述复合材料瞬态传热性能的热扩散方程呈现很强的非线性，更增加了求解的难度。该文探讨了利用等效一维均质上变材料模型分析（相变）复合材料瞬态传热特性的可行性，结合算例，分析了该方法的适用范围。结果表明，当掺混材料的相对尺寸不太大时，（相变）复合材料可当作均质（相变）材料，其瞬态传热性能可藉等效热物性计算。对于许多实际问题，上述方法可简化分析，节省计算量。     

基于热焓方程的相变材料凝固时间分析

对相变导热的研究,以往大多集中于固液边界层的移动速率,间接推导相变时间。对相变材料焓值与温度建立数学模型,并基于数学模型和热力学第一定律,建立一种新的相变导热热焓方程。运用该方程,可直观分析相变材料发生相变凝固所需时间,并分析影响固液相变时间的具体因素。计算表明,在零维非稳态导热中,相变时间与相变材料质量、相变潜热、换热面积、对流换热系数、相变材料与周围冷却介质温差有关。     

基于内燃机冷却循环的相变蓄能器传热特性分析

本文主要借助Fluent软件对相变蓄能器的蓄、释能特性和相变过程进行模拟分析。基于内燃机冷却循环的余热利用,通过对某一简单的相变蓄能结构进行传热流动分析,得到了相变蓄能材料在蓄能、释能过程中液相分数及温度随时间的变化规律,掌握了其固液界面运动的规律,同时本文也研究了不同工况对相变过程的影响。     

低温热水型相变蓄能地板采暖房间动态热性能研究

提出一种采用相变材料蓄能的低温热水地板采暖系统形式。建立反映该采暖地板在应用房间中动态传热过程的数学模型,该模型可用于模拟研究不同材料蓄能地板在房间中的热性能;对比研究低温热水型相变材料潜热蓄能式采暖地板与混凝土显热蓄能式采暖地板的热性能差异。分析相变材料的相变温度、相变潜热和导热系数等因素对该地板采暖房间热性能的影响。研究结果显示相变材料潜热蓄能式地板具有蓄热效率高、室内温度波动小和室内平均温度高等特点。     

正交各向异性相变材料的无网格法传热模型及应用

利用无网格迦辽金（EFG）法建立正交各向异性相变材料的传热计算模型,基于该模型编程完成各向异性材料太阳能相变蓄热水箱和管壳式相变蓄热单元的相变传热分析,并探讨热导率因子和材料方向角对复合材料相变传热特性的影响。研究表明：在相同节点布置下EFG法的温度场和相界面计算精度均高于有限元法,EFG法在动态相界面追踪方面具有明显优势。增大热导率因子并减小材料方向角可有效增强复合相变材料传热性能,加快相变速度,提高太阳能相变储能装置的蓄/放热效率。对于各向异性材料太阳能相变蓄热水箱和管壳式相变蓄热单元,热导率因子和材料方向角的合理取值范围分别为4~6和0°~15°。     

相变蓄热同心套管传热模型和性能分析

建立了一种简便的相变蓄热同心套管传热模型,用来求解相变材料在相变过程中流体温度和相变界面随时间和向位置的变化规律,模型中考虑了相变材料导热热阻和有效传热面积随时间和位置的变化,适用于流体入口温度和流量随时间变化的情况,计算值与有关文献值吻合,验证了模型的正确性。藉此模型对文献「７」中相变贮能换热器的储、放热性能进行了模拟分析。     

螺旋盘管式相变储热单元储热性能

以石蜡作为相变材料,制作了内通流体螺旋盘管结构的相变储热单元。在对储热单元储热过程进行传热分析的基础上,利用实验手段对储热单元在不同工况下的储热性能进行了研究。通过对其储热过程中相变材料相变过程的分析,提出储热器设计的优化方案。利用实验数据得到其准则关联式,为其在工程中的应用提供了依据。     

板式相变贮能换热器传热模型和热性能分析

建立了板式相变贮能换热器的无量纲传热模型。它对流体入口流量、入口温度随时间变化情况和需考虑入口效应及添加肋片的情况均适用。模型解和文献准稳态解吻合。作为算例,藉此模型从各时刻的流体温度、相变界面随空间的分布情况和相变蓄热比、相变传热效率、传热系数、完全相变截面位置随时间的变化情况六个角度分析了一板式相变贮能换热器的相变传热性能。该模型可为板式相变贮能换热器的结构优化设计和热性能分析提供帮助。     

管内流体流动管外PCM发生相变的贮能系统热性能研究

建立了分析空调贮能系统中管内流体流动管外PCM发生相变的相变的贮能器热性能的数学模型，并进行了数值计算。其中，把传热流体看作是沿轴向的—维无粘流动，对PCM相变过程的求解用显热容法。计算结果与文献中的计算结果吻合较好。所得结论对该类贮能系统的设计和性能优化有一定指导作用。     

水平管壳式相变蓄热装置的强化传热研究

基于焓法模型对水平管壳式相变蓄热装置热性能的增强进行研究,首先分析蓄热过程中传统管壳式装置内材料的传热及流动机理;然后引入椭圆元素并对比椭圆内管及外壳的强化传热效果;最后对热源温度、相变材料导热系数及初始温度对装置热性能的作用规律进行探讨。结果显示,椭圆外壳的强化传热效果优于内管,同等条件下,长短轴之比为2的椭圆外壳可使蓄热时间缩短53.5%。热源温度升高,椭圆外壳的强化传热效果进一步增强,相变材料的导热系数及初始温度对装置热性能的影响较小。     

利用单水浴法测量相变贮热材料及其构件的贮热能力

发展了一种用于测量相变贮热材料及其构件贮热能力的单水浴法。这种方法使用一个其中盛有一定量水的恒温水浴，将水温从T1均匀加热到T2,利用热流片测出通过水浴各壁面的热损，用消耗的电能扣除热损后即得到加热水所消耗的电能Qw；之后将待测相变材料或其构件浸没在水中，将水浴温度调到T1,并从该温度均匀加热到T2，同时利用热流片测出通过水浴各壁面的热损，消耗的总电能扣除相应的热损后即得加热水和相变材料或其构件所消耗的电能Qw＋pom;Qw＋pom减去Qw即为相奕材料或其构件从温度T1升高到T2所吸收的热能，即相变材料或其构件在温度区间[T1，T2]上的贮热能力。利用该方法对一种定形相变材料的贮热能力的测试结果与DSC分析的结果相差不到2％，还利用该方法对颗粒状定形相变材料与混凝土共混成型的贮热构件的贮热能力进行了测试。     

太阳能热动力发电系统吸热器换热管试验及数值模拟

吸热器换热管地面试验是空间太阳能热动力发电系统吸热／蓄热器研制的重要阶段，是为了验证相变材料的蓄放热性能。对以共晶盐LiF—CaF2为蓄热介质的换热管进行了27个周期共2511分钟的地面试验，包括变参数试验和稳态试验，获得了容器表面温度和工质出口温度等试验结果。利用焓法建立相变蓄热换热管试验的传热模型，采用试验参数对地面试验进行了数值模拟，得到的结果与试验结果进行了比较，两者比较接近。证明了地面单管试验的成功性，也验证了换热管传热分析软件的可靠性。     

组合相变材料储热系统的储热速率研究

建立了组合式柱内封装相变材料熔化－固化循环相变储热系统的物理模型,用有限差分法进行了数值模拟求解。结果表明,与采用单一相变材料的传统储热系统相比,在给定相变材料组合方式和传热流体进口温度条件下,传热流体流量存在最佳值;选用三种石蜡作用相变材料和水作传热流体的模拟计算结果表明,相变速率可提高１５％￣２５％左右。     

Review on storage materials and thermal performance enhancement techniques for high temperature phase change thermal storage systems

Designing a cost-effective phase change thermal storage system involves two challenging aspects: one is to select a suitable storage material and the other is to increase the heat transfer between the storage material and the heat transfer fluid as the performance of the system is limited by the poor thermal conductivity of the latent heat storage material. When used for storing energy in concentrated solar thermal power plants, the solar field operation temperature will determine the PCM melting temperature selection. This paper reviews concentrated solar thermal power plants that are currently operating and under construction. It also reviews phase change materials with melting temperatures above 300 °C, which potentially can be used as energy storage media in these plants. In addition, various techniques employed to enhance the thermal performance of high temperature phase change thermal storage systems have been reviewed and discussed. This review aims to provide the necessary information for further research in the development of cost-effective high temperature phase change thermal storage systems.