相变蓄热水箱的设计与运行特性研究

以肉豆蔻酸/膨胀石墨作为储热相变材料,分析肉豆蔻酸/膨胀石墨应用于水箱蓄热的可行性,计算出相变蓄热水箱临界取热温差为103.1℃,研制一种具有均流结构的相变蓄热水箱,并在此基础上设计一套用于测试相变蓄热水箱运行特性的实验系统。实验研究不同蓄热温度、储热单元数量和水箱内不同流速下相变蓄热水箱的蓄/放热特性。研究结果表明:融化过程中,较大的温差能加快相变材料的蓄热速率;在凝固过程中,为使储热单元热量释放出最多的可利用热量,水箱内水流速率取0.012m/s较适宜;相变单元可有效降低水箱内热水温度的下降速率,在包含150L蓄热介质的水箱中,取热温差为30℃,流量为3.3L/min的情况下,当蓄热单元占用水箱体积9.84%时,可比相同体积常规蓄热水箱多提供20%温度不低于40℃的热水。     

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。     

太阳能相变蓄热水箱性能实验研究

利用相变材料蓄热是提高太阳能系统效率的重要途径之一。为对比分析含相变材料蓄热水箱的性能,选用三水合乙酸钠,搭建了一套蓄热水箱实验系统,在初始水温为80℃、进水温度为20℃的工况下,对比分析不同进口流量下(2、6和10 L/min)相变蓄热水箱的热特性。实验结果表明:相变蓄热水箱的蓄热量较普通水箱增加了1.4%;随着流量的增加,水箱的混合数先减小后增大,火用效率逐渐降低,相变蓄热水箱的填充效率先增大后减小,且在6 L/min时达到最大值0.905。     

太阳能热水系统蓄热水箱技术的研究进展

蓄热水箱是太阳能热水系统的重要组成部分,蓄热水箱技术对系统的性能具有明显的影响。文章分析了太阳能热水系统蓄热水箱技术的发展,阐述了太阳能热水系统蓄热的主要形式、不同工作阶段的过程和特点以及蓄热水箱的理论和技术的研究进展。     

A numerical study on heat storage water tank containing phase change materials for air source heat pump systems

构建空气源热泵-相变蓄热水箱供暖系统,通过相变储能技术的合理应用,优化了太阳能、空气热能等非连续能源的供能方式,有效提高了建筑中可再生能源的利用率。相变蓄热系统采用了6 m³的保温水箱作为蓄热容器,选取46#石蜡为主要相变材料,304#不锈钢管为封装材料。建立蓄热系统的三维数学模型,采用有效热熔法对相变材料的焓值进行处理,运用Fluent数值模拟软件,研究相变蓄热系统的蓄放热性能。模拟结果显示,系统的蓄热时间为9.2 h,理想蓄热量为102.4 kW·h,能够单独提供低能耗建筑连续采暖11.1 h。空气源热泵-相变蓄热水箱供暖系统能实现大跨度的间歇供暖,在利用非连续能源供暖领域具有良好的前景。     

A new type of phase change heat storage tank in solar energy combination system

介绍了一种新型笼屉式相变蓄热水箱,通过实验测试对比分析相变蓄热水箱与普通蓄热水箱对太阳能组合系统的太阳能保证率及系统能效比的影响。实验表明：同等水箱容积,使用相变蓄热水箱时太阳能集热系统的小时集热量为普通蓄热水箱的3.7倍,相变蓄热水箱有利于提高太阳能保证率及系统能效比。在太阳能辐照强度相似的情况下,相变蓄热水箱会使太阳能保证率平均提高72%,使系统能效比平均提高26%。同时相变蓄热水箱可减少夜间水箱上部的热损失,使水箱上部水温降减少50%。     

太阳热泵蓄热系统蓄热过程的数值模拟

对以CaCl2.6H2O为相变材料的太阳热泵蓄热系统,采用焓法建立了以相变材料封装容器为控制体单元的相变传热模型,计算了蓄热水箱进出口温度,相变材料温度及水箱蓄、放热量等参数。通过对实验结果与模拟结果的比较分析可知,两者数据接近,变化趋势吻合,该模拟方法能较好地反映系统运行情况。     

相变储能型太阳能多功能系统性能研究

针对真空管式太阳能系统易受环境影响,功能单一的问题,建立一种相变储能型太阳能多功能系统模型,对相变储能集热器进行性能实测,采用TRNSYS软件对多功能系统模拟,分析相变材料和集热器流量对系统性能的影响。得出结论,储热水箱出口温度维持在100℃左右时,能满足供热、供热水需求及制冷系统稳定运行。流体流量2 g/s且填充相变材料进行保温时,集热器达到最佳热效率,系统运行性能最优。相变储能集热器温度缓慢降低,蓄热性能更好,使用时间更长,并且获得较高的集热效率,瞬时效率截距值为0.71。     

复合相变蓄能材料的制备及性能研究

综述了相变蓄能材料的研究进展,介绍了相变蓄能材料的种类和特点。阐述了溶胶一凝胶法的基本原理和特性,并用这一方法制备了两种有机-无机复合相变蓄能材料。对实验制备的新材料进行了差示扫描量热分析（DSC）、扫描电镜分析（SEM）,分析结果表明：经过有机-无机复合的相变蓄能材料具有较高的蓄热能力。两种新材料的相变热分别达到147.577 J/g和253.407 J/g,同时,该材料具有较好的热稳定性,是令人满意的复合相变材料,可广泛应用于太阳能利用、工业废热、余热回收系统。     

基于太阳能利用的相变蓄热水箱结构优化

为解决因太阳能的不稳定性等因素导致的太阳能蓄热水箱储热/放热能力的不保证性问题,提出采用中低温有机相变材料58号石蜡作为相变蓄热材料的圆台式太阳能相变蓄热水箱。采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟的计算方法,在保证总蓄水体积(以100 L为例)不变的情况下,对水箱中不同内胆倾斜角度分别为75°、80°、85°、90°、95°、100°、105°的放热过程进行数值模拟,综合对比和分析水箱放热性能模拟结果,得到当倾斜角度为105°时的相变蓄热构件放热性能最佳,可为太阳能相变蓄热水箱的结构优化设计提供理论依据。     

圆柱形壳管式相变蓄热单元的蓄热特性研究

首先提出适合该系统的圆柱形壳管式相变材料(Phase Change Material, PCM)蓄热单元的结构形式;然后基于焓法建立了蓄热单元的数学模型,并利用文献结果对其进行了验证;以CaCl2·6H2O为相变材料,研究了蓄热单元的蓄热特性以及换热流体温度的变化规律,结果表明流体温度与流速都是影响其蓄热特性的重要因素,为季节性相变蓄能装置开发奠定了理论基础.     

相变蓄热式家用太阳热水系统国外研究进展

综述了国外相变蓄热材料在家用太阳热水系统中的应用研究进展情况;指出相变蓄热材料的应用可以提高系统的集热效率;能量蓄积密度和太阳能保证率。材料的性质（如导热系数、熔点、比热容,相变潜热、密度等）、设计参数（蓄热材料的体积、换热管的数量和位置）以及材料的包装方式（形状和大小）影响系统性能（包括效率、出水温度、热水可用时间、热损及蓄放热速率）。     

太阳能热泵相变蓄热供暖系统参数影响研究

针对寒冷地区的气候特点及建筑负荷特点,提出利用相变蓄热的太阳能热泵系统,介绍该系统的运行原理,建立系统各部分的数学模型,针对哈尔滨地区(45.8°N,126.8°E)的气象条件,编制系统动态运行模拟程序,研究太阳集热器面积及相变蓄热水箱参数对整个系统运行性能的影响。研究结果表明,当设计热负荷为10 k W时,系统所需太阳集热器面积约为60 m2,对应相变蓄热水箱中相变材料最佳质量分数约为70%,相变材料封装尺寸减小有助于提高太阳能集热量,且该效果在供暖初期和末期更为显著。     

复合相变蓄能材料的研究与发展

本文介绍了复合相变蓄热材料和纳米复合材料的制备、特性、机理及国内外研究现状,并从节能、环保的角度出发,提出将纳米技术与复合相变蓄能材料结合,制备新型、高效的纳米复合蓄能相变材料。     

双层相变蓄能辐射地板传热特性实验研究CSCD

本文构建了一种可用于供暖和供冷两种工况的相变蓄能辐射地板系统,该系统包含蓄冷和蓄热两层石蜡相变材料,相变点分别为18℃和34℃,针对该相变地板蓄冷和蓄热层上下相对位置的变化,通过实验研究了在供暖水温45℃和供冷水温15℃两种工况下,这两种不同结构的相变地板的传热特性,以及相变层对找平层、地板层等结构层的影响。结果表明,该相变地板系统可用于供热和供冷两种工况,两种结构模式下,不同结构层在蓄能过程中温度变化特性均相近,但释能过程温度变化特性区别较大。结构的变化对实验箱体内气温在供暖时影响较大,而在供冷时影响不大。综合供冷供暖两种工况,从系统冷量和热量的传递结果考虑,蓄热层在上、蓄冷层在下的结构传热性能更优,可缓解地板温度过快下降带来的热舒适性差及结露问题。     

适用于废热回收的相变蓄热装置数值模拟与实验研究

固-液相变潜热蓄热技术是一种极具前景的工业废热回收方式,通过管壳式换热器可利用相变材料(PCM)吸收工业废热加以储存再用于加热水,从而实现了工业废热的回收利用.对填充高导热多孔筛网的管壳式潜热蓄热单元(LHSU)建立了二维数学模型,并对填充与未填充筛网的蓄热容器一同进行了相变蓄热实验.实验结果表明,填充筛网能够有效改善PCM的传热性能;实验数据和计算值吻合的较好,证明了计算模型的有效性.利用计算模型,对3种PCM(石蜡P116、硬脂酸和软脂酸)蓄热系统进行了数值计算.结果表明,采用软脂酸的蓄热系统热性能最佳,能很好地满足供应生活热水的设计要求.研究结论对蓄热系统的设计和性能优化有一定的指导作用.     

太阳能蓄热分层水箱数值模拟优化分析

蓄热水箱能够存储和调配能量。将蓄热水箱应用到太阳能热水系统中,可以弥补太阳能的不稳定性和不连续性,有效地提高太阳能热水系统的热利用率。文章基于小型太阳能热水系统,建立蓄热水箱物理模型,应用Fluent软件模拟分析了各个工况下蓄热水箱的温度分层情况,从而寻求较优的温度分层。分析结果表明:当热水入口质量流量小于2.8 kg/s时,蓄热水箱的温度分层比较明显;当热水入口质量流量大于2.8 kg/s时,随着热水入口质量流量逐渐增大,蓄热水箱温度分层越来越不明显;热水入口温度与水箱初始温度对于蓄热水箱温度分层影响不大;当热水入口质量流量为2.8 kg/s时,存在最佳热水入口直径(9 mm),此时蓄热水箱冷、热水不发生混合,蓄热水箱的热利用率较高。     

蓄能材料PCM-S自动灌装机的研制

介绍相变蓄热材料和蓄换热装置,分析相变蓄热材料的灌装要求。从温度控制、压力控制、惰性气体保护等方面综合考虑,研制了蓄热体自动灌装系统,解决了相变蓄热材料灌装过程中的凝固、变性等问题,实现了蓄热材料的定量灌装。经太阳能热水器的放水试验验证:带蓄热体的太阳能热水器输出热水量比无蓄热体的多约20%。     

太阳能生活热水系统相变储能研究进展

该文阐述了太阳能生活热水（SDHW）系统用相变材料的选择与封装情况,综述了相变材料在SDHW系统水箱、太阳能集热器和SDHW系统循环中的储能及其改进与强化换热研究进展情况,并对今后SDHW系统相变材料应用发展方向提出建议和展望。研究表明,石蜡与三水醋酸钠应用于SDHW系统水箱和集热器的研究较为广泛,其封装形式主要是的塑料、铝、不锈钢的宏封装,形状为管、柱体、球等,且相变材料加入到传统的SDHW系统中均能提高太阳能生活热水器的储热性能,其储热性能还有较大的提升与改进空间。     

一种基于多属性决策的相变蓄热材料评价方法研究

相变蓄热具有蓄热密度高、蓄放热装置结构紧凑、温度区间易控制、节能效果显著、易于控制和管理等优点,具有巨大的应用潜力。相变材料是组成相变蓄热系统的一个重要部分,相变材料性能的优劣会直接影响相变蓄热系统效率。在相变蓄热材料选型时,需根据工程应用实际情况,综合对相变蓄热材料的性能进行评价,包括热力学标准、动力学标准、化学标准和经济标准四个维度。一般可以把相变焓、比热、过冷度、导热率及价格作为同温区相变材料的主要考虑因素。由于这四个维度往往难以兼容,因此怎样更好地对适用于系统的相变蓄热材料进行合理量化的评价分析,对于项目的可行性起着至关重要的作用。提出一种通过相变材料不同特性进行排序或择优的方式,对适用于不同应用场景下的相变蓄热材料备选方案的不同属性进行量化的评价方法(MADM),并将层次分析法(AHP)引入到相变材料的量化选择过程中,将定量分析与定性分析结合起来进行相变材料选型的科学决策分析。选择6种市面上常用的中温相变材料作为待选材料,并核定潜热、导热系数、比热、过冷度、单位价格作为评估指标,基于AHP法评价选择相变蓄热材料,分别给出以性能优先和综合考虑性能、经济性的材料选择方案排序。