板式石蜡储热器传热的数值模拟

在相变储热器中采用强化传热技术，克服相变材料的低导热性能，是目前国内外研究的热点。应用FLUENT软件数值模拟了翅片强化板式石蜡储热器的凝固传热过程，得到随时间变化的相界面位置、总凝固时间、壁面热流、翅片温度分布等，并进一步分析了翅片对不同长宽比叫的储热器的强化传热效果。模拟结果表明，只有当ω≥1时，翅片才能对储热器起到明显的强化传热作用，研究结果可为相变储热器的优化设计提供可靠的依据。     

肋片增强式梯级相变储热系统放热特性的三维数值

梯级相变储热技术已被证明是解决相变材料导热性能差的重要方法。已有的关于梯级相变储热系统的数值研究通常是基于一维或二维数学模型完成的,大部分的研究聚焦于系统的储热过程。本工作设计了一种肋片增强型三管式梯级相变储能系统,并建立了三维数值模型。然后研究了系统放热过程中各级PCM的性能变化规律,探究了传热流体进口温度和PCM初始温度对系统放热速率的影响规律。结果表明,在放热过程中,各级PCM相变不会同时发生,受到储热材料的相变温度和潜热的影响最大。传热流体进口流速的增大会提高相变材料的放热速率,但随着流速的进一步增加,放热速率的提高程度明显减弱。相变材料的初始温度对显热放热过程具有一定的影响,但对于潜热放热阶段影响较小。     

基于相变材料的储热器及其传热强化研究进展北大核心CSCD

相变储热是具有广阔应用前景的储能技术之一,具有储热密度大、相变温度稳定等优点,但相变材料的热导率低制约了相变储热技术的发展。提升相变材料的热导率和储热器件的传热速率是有效的解决途径。针对相变材料热导率强化研究进展有大量综述,而对于储热器件层面的传热强化的总结较少,本文回顾了近10年国内外在储热器及其传热强化研究方面的进展。为适应不同应用需求,不同类型的相变储热器应运而生,根据储热器的工作模式和结构可以分为管壳式、填充床式、板式、热管式4类,本文系统地介绍了4类储热器的工作原理、优缺点以及强化传热研究,主要比较了结构优化后的储热器与传统储热器的传热速率和储/放热性能,结果指出对储热器的内部结构进行改进及拓展外部结构等方法能有效增加储热容量和储/放热速率,对于提高系统相变储热能力具有积极作用,分析表明后续的研究应该明晰储热器内部多相耦合传热机制,增强储热器对动态工况适应能力,拓宽应用范围。     

复合相变储能材料的传热性能研究进展

总结近年来国内外相变储能材料的研究状况,包括相变储能材料的制备、传热性能、相变过程数值模拟和应用等,并对复合相变储能材料的传热性能研究方法的前景作了展望。     

赤藓糖醇基相变复合纤维制备及热性能CSCD

开发了相变温度为98.63℃的赤藓糖醇/硫脲共晶混合物,采用静电纺丝法制备赤藓糖醇、赤藓糖醇/硫脲和赤藓糖醇/木糖醇与聚乙烯醇的相变复合纤维,研究了石墨烯作为导热增强材料对复合材料形貌及热性能的影响。研究结果显示,复合材料各物质之间是物理结合,为表面光滑的圆柱状,直径为0.95~1.12μm,并随石墨烯含量的增加而减小。3种复合材料相变焓分别为241.6 J/g、191.4 J/g和192.7 J/g。10次热循环后复合纤维仍能保持良好的形貌,焓值损失率分别为1.2%、0.5%和0.5%;添加10%(质量分数)石墨烯后导热系数分别提高了258%、312%和260%。研究结果表明,赤藓糖醇及其共晶相变复合材料不仅具有很好的化学和形貌稳定性,还表现出优异的热性能,在120~80℃储能领域中有着巨大的应用前景。     

相变储热研究进展：（1）相变材料特性与储热系统优化

本文从如下两个方面总结了相变储热（ＬＴＥＳ）的研究现状：①在相变材料（ＰＣＭ）方面,重点分析了ＰＣＭ种类、提高导热能力的方法、增强工作性能稳定性和改性的措施、降低过冷度和新的成核添加剂,以及固－固相变的研究进展;②ＬＴＥＳ系统的热力学优化和ＰＣＭ相变过程的数值模拟方法。     

管壳式太阳能相变储热器传热特性的数值研究

通过焓-孔隙法建立数值模型,研究石蜡RT50在管壳式太阳能储热器的传热特性,并分析储热器安装形式、不同管径和管外肋片结构对相变储热过程的影响规律。结果表明,立式储热器在管径较大时（相变材料区域厚度较薄时）熔化速度比卧式储热器快;而在管径较小时（相变材料区域较厚时）熔化速度比卧式储热器慢。卧式储热器相变材料熔化过程的初始时间段和末尾时间段热传导占主导地位,而中间时间段自然对流换热占主导地位,且熔化速度主要由自然对流换热决定。此外,管外侧安装肋片能够显著提高传热系数,缩短熔化时间。相较于无肋片管道,卧式储热器采用环肋管道可缩短熔化时长31.6%;采用直肋管道可缩短熔化时长42.1%。直肋比环肋具有更好的传热效果,主要原因为直肋能够强化熔化过程中的自然对流。     

翅片式相变储能器内赤藻糖醇蓄热性能研究

为了研究翅片对赤藻糖醇(C_4H_(10)O_4)蓄热过程传热特性的影响,选取赤藻糖醇作为相变材料,首先利用实验方法验证数值模型的准确性,其次采用焓-多孔介质的方法对相变储能单元进行仿真计算,主要研究了翅片,以及翅片长度、翅片数量和翅片厚度等几何参数对蓄热过程中传热特性的影响。研究结果表明:添加翅片后,在翅片区域形成不同尺寸的涡,改善了流场分布,增强了液态相变材料自然对流的效果,使储能装置总蓄热时间比无翅片缩短了43%;在翅片参数的设计中,增加翅片长度可以有效缩短总蓄热时间,随着翅片长度的增加,总蓄热时间变化率减小;随着翅片数量的增加,换热面积增大,熔化速率增大,总蓄热时间缩短;随着翅片厚度的增加,储能速率加快,总蓄热时间缩短,且翅片厚度越厚,总熔化时间的变化率越大。     

组合式翅片管换热器传热与阻力性能影响因素研究

为解决空气源热泵冬季在制热工况下因室外机内翅片换热器换热效率低引起系统供能性能下降的问题,以组合式翅片管换热器为研究对象,在模化实验的基础上,采用数值模拟的方法分别对翅片换热器的传热及流阻性能影响因素进行分析.研究结果表明:在本文研究背景下,入口风速、翅片厚度、开缝数目对前开孔后开缝型的翅片组合形式换热器传热效率具有一定程度的影响;以上述三种因素为目标函数对换热器进行多目标优化时,入口风速取3 m/s,翅片厚度为0.16 mm,后排开缝数目为6,换热器能得到较好的综合性能;在此基础上,拟合出适合于该组合形式的传热和流阻关联式.     

太阳平板集热/储能相变传热的数值模拟

提出了一种高效储能平板集热器模型.该平板集热器中采用相变材料作为储能介质,不需储能水箱及防冻保护装置,因此节约了空间和费用.建立了太阳平板集热器内相变材料(石蜡)二维相变传热及自然对流模型,运用显热容法模拟了平板集热器内泡沫铝中石蜡相变融解传热过程.与平板集热器内填充纯相变石蜡的融解传热过程进行比较发现,泡沫铝可极大地提高相变石蜡的相变传热性能.计算结果为高效储能型平板集热器的开发提供了理论指导.     

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。     

偏心分形翅片管相变储热单元性能强化模拟北大核心CSCD

为了探索偏心分形翅片管对相变储热单元性能强化的作用机理,对偏心分形翅片管相变储热单元中石蜡的熔化展开了二维非稳态模拟研究。在考虑自然对流的情况下对比研究了偏心矩形翅片和偏心分形翅片两种储热单元的传热特性。并对偏心分形翅片结构进行了局部强化,选择矩形翅片、Y型翅片和分型翅片3种方案。结果表明,偏心分形翅片结构对自然对流的促进高于偏心矩形翅片结构且整体温度分布更均匀,这与分型翅片可以促进热量由点到面的扩散相符。在3种局部强化方案中,偏心分形翅片强化效果最佳,且整个过程的熔化速率都有提高,使熔化时间缩短了70%。这对管壳式相变蓄热器的性能提升提供了很好的理论指导,进一步扩展了其在储能领域的应用前景。     

圆形翅片管换热器在余热回收中流动与传热特性

对一台用于烟气余热回收的圆形翅片管换热器进行结构分析,在实测数据的基础上,采用数值仿真模型对该换热器翅片间流体进行三维模拟研究,分析换热器的流场特性,包括翅片间气体流速、温度分布、压力损失、传热负荷等。结果表明在Re为8 300时,模拟的压差与理论计算基本吻合,且有翅片截面的烟气压力损失比不含翅片截面压力损失大7.7%,同时对不同高度的翅片对换热特性的影响做了模拟,为圆形翅片管换热器在余热回收的应用提供理论依据。     

空间站太阳能吸热器相变蓄热系统瞬态热分析

高温熔盐相变蓄热是空间站太阳能热动力发电系统的关键技术之一，熔盐在日照期储存的热量可以在阴影期通过液／固相变释放并加热循环工质保证连续供电。本文对模拟轨道条件下的单元换热管吸热脂热系统建立了一维瞬态热分析模型，该模型可用来进行空间站太阳能吸热器的概念设计或校校评估。瞬态计算的结果表明单元换热管的蓄/放热性能可以满足发电系统的需求。     

光漏斗导光聚能高温相变储热直接供热式太阳能炉的性能研究

设计制作了一台利用光漏斗导光聚能并具有高温相变储热功能的直接供热式太阳能炉,介绍了其结构和运行原理.在稳态提供光能的条件下,对其性能进行了实验测试,给出了装置的升温曲线和降温曲线.利用ANSYS软件,对其储热过程进行了仿真模拟,给出了模拟结果.对影响装置性能的因素进行了分析和讨论.结果表明,在提供光能300W的条件下,装置6h储能达到饱和,温度达到约200℃,给用户的供热功率约700W,系统散热功率小于50W.     

太阳能相变蓄热炕热工性能模拟

将高导热复合相变材料应用于太阳能水暖炕,以缩短太阳能水暖炕的热响应时间,实现速热;通过CFD对太阳能相变蓄热炕的炕体单元建立三维非稳态传热模型,对炕体的热工性能进行模拟分析;结果表明：太阳能相变蓄热炕完成蓄热的时间为1 200 s,在未采取供暖的房间内能维持垫面温度293-295.8 K,放热时长在15 h左右,通过温控开关控制可较好地实现周期性蓄热。     

多孔介质中的相变传热特性及其在建筑物节能中的应用

将非饱和多孔介质应用于建筑节能，使低品位，低密度的太阳能通过工质的相变得以利用，对实现建筑物的采暖具有应用价值。通过对非饱和多孔材料内的二维流场，温度场以及蒸发量场的数值计算，分析了两端开口的圆柱环型多孔腔内非饱和多孔介质的传热传质特性，研究了流体雷利数及边界条件的变化对多孔床热质迁移的影响。     

螺旋翅片管省煤器抗磨性能的研究

采用数值模拟技术对错列布置光管及螺旋翅片管、顺列螺旋翅片管的双相流场进行了数值模拟,分析了不同结构、不同排列方式的省煤器的抗磨性能.分析了翅片结构对颗粒运动与流场的影响,指出翅片的存在使烟气中的大颗粒飞灰较难碰撞到基管的表面,增强了省煤器的抗磨损能力.