基于螺旋盘管蓄热装置放热实验研究

基于恒定螺距螺旋盘管蓄热装置并进行装置改进,设计出渐变式螺旋盘管蓄热装置,并探究盘管内换热流体（HTF）在不同迪恩数（De）、入口温度下的PCM放热性能。研究表明：入口温度一定时,De增大会缩短放热时间,且在不同入口温度下渐变式螺距放热时间较恒定螺距缩短,从而提高放热效率。     

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。     

基于分层蓄热水箱的相变球释热实验研究

相变蓄热水箱可有效调节集热器和负载端之间供求不匹配的矛盾,设计了环形布水器进水结构和蓄热水箱,并搭建相变蓄热水箱性能测试平台,对比直进型蓄热水箱和环形布水器蓄热水箱的温度分层,探究孔隙率、进水流速和变温进水等变量下相变蓄热水箱的热分层和相变球的释热性能。实验研究表明：环形布水器能有效抑制进水水流对温度场的扰动,保持良好的温度分层,使相变球逐层放热,增大相变球与传热流体（HTF）的温差,提高释热效率,保证高温水能够源源不断地提供给用户端;孔隙率越小分层效果越好;流速越大分层效果越差,但是释热效率有所提高;变温进水比恒温进水,释热时间延长约40%。     

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。     

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。     

三维套管式加肋相变蓄热单元的传热特性分析

采用数值模拟方法研究了不同模型的相变蓄热单元蓄/放热过程以及入口流体温度对蓄热过程的影响。结果表明：沿轴向方向,不同截面的蓄/放热时间相差很大,轴向方向的自然对流对蓄/放热的影响较小;添加分形肋片提高蓄/放热速率的效果最好;在蓄热过程中,模型4和模型5的蓄热时间相比于模型1均缩短了45.4%;在放热过程中,模型2～模型5相比于模型1的放热时间分别缩短了12.3%、13.7%、27.4%和34.2%;提高入口流体温度可以显著缩短蓄热时间,但蓄热速率的增幅逐渐减小,当入口流体温度高于358.15 K时,入口流体温度对融化时间的影响明显减小。     

水平多管式换热器内部相变石蜡储热特性实验研究

设计并搭建了水平多管式相变储热系统,以水为传热流体(HTF)、石蜡为相变材料(PCM),通过实验对储热系统的具体蓄热特性和不同操作条件下HTF与PCM之间的传热特性进行定量分析,评估了HTF体积流量和进口温度对紧凑型低温相变储热系统功率输入、吸热完成时间以及储存能量的影响。该系统主要由一个聚碳酸酯壳和水平定向的多管换热器以及石蜡组成,其中石蜡相变温度约为41℃。结果表明：随着HTF进口温度或体积流量的增加,吸热完成时间减少,平均吸热功率增大,且增加速率都随着进口温度的增大而变小;HTF体积流量分别为4.5,6.0和7.5 L/min时,吸热过程耗时300.7,252.9和226.7 min;在58,64和70℃的进口温度下,吸热完成时间分别为270.1,226.7和204.9 min;提高HTF进口温度,会导致换热结束时石蜡温度与HTF出口温度出现越来越靠近的趋势,而在提高HTF体积流量时,却呈现相反的趋势。     

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。     

球形单元储热装置蓄热特性的分析与优化

为提高太阳能利用率，设计一套相变蓄热装置，研究球形相变单元蓄热影响因素，保持相变材料（PCM）总质量维持在较小浮动范围内，对比不同直径、孔隙率、层间距，探究整个装置的蓄热性能。实验与模拟结果表明：同等条件下，相变球直径越小，蓄热时间越短。而考虑到加工制造难度及成本，直径为46或50 mm的蓄热球是最优选择；孔隙率、入口温度和入口流量对整体蓄热时间影响较大；相反，改变蓄热球层间距对蓄热时间的影响较小。     

相变蓄热单元蓄/放热过程的数值模拟研究

建立同心套管相变蓄热单元的二维模型,并与文献对比验证,完成网格无关性和时间步长独立性验证后,数值模拟分析模型结构和流体入口速度对蓄热特性的影响,探究导热系数和相变材料的熔点对放热特性的影响。研究结果表明:采用波节管代替光管可优化蓄热单元的蓄热特性,且3#波节管的换热性能最优,相比于光管,蓄热时间可缩短39%;其他条件不变时,增加传热流体(heat transfer fluid,HTF)的导热系数,蓄热单元的放热效率先增后降,存在最佳值;当相变材料(phase change materials,PCM)的导热系数大于HTF时,继续增加PCM的导热系数会使放热效率下降;随着PCM熔点的增加,有效放热时间先增后减,在熔点为603 K时,放热效率达到最大值0.82。     

Experimental investigation on a combined sensible and latent heat storage system integrated with constant/varying (solar) heat sources

The objective of the present work is to investigate experimentally the thermal behavior of a packed bed of combined sensible and latent heat thermal energy storage (TES) unit. A TES unit is designed, constructed and integrated with constant temperature bath/solar collector to study the performance of the storage unit. The TES unit contains paraffin as phase change material (PCM) filled in spherical capsules, which are packed in an insulated cylindrical storage tank. The water used as heat transfer fluid (HTF) to transfer heat from the constant temperature bath/solar collector to the TES tank also acts as sensible heat storage (SHS) material. Charging experiments are carried out at constant and varying (solar energy) inlet fluid temperatures to examine the effects of inlet fluid temperature and flow rate of HTF on the performance of the storage unit. Discharging experiments are carried out by both continuous and batchwise processes to recover the stored heat. The significance of time wise variation of HTF and PCM temperatures during charging and discharging processes is discussed in detail and the performance parameters such as instantaneous heat stored and cumulative heat stored are also studied. The performance of the present system is compared with that of the conventional SHS system. It is found from the discharging experiments that the combined storage system employing batchwise discharging of hot water from the TES tank is best suited for applications where the requirement is intermittent.     

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...     

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。     

相变微胶囊悬浮液传热特性实验研究

相变微胶囊(microencapsulated phase change material,MPCM)在建筑节能领域应用广泛,为研究其传热特性,搭建了以水为换热流体(heat transfer fluid,HTF),微胶囊悬浮液为储能介质的潜热储能(latent thermal energy storage,LTES)系统。在实验过程中,通过改变换热流体的进口初始温度以及搅拌器的搅拌速率,获得了MPCM悬浮液的温度变化规律并计算了MPCM悬浮液的平均充放冷速率。实验结果表明:在充冷过程中,MPCM相变时温度变化速率减缓,相变温度区间较大,而在放冷过程中,MPCM相变时温度保持恒定,相变温度区间较小;未搅拌时,MPCM悬浮液中温度梯度较大,传热能力较差;搅拌时,MPCM悬浮液混合均匀,其温度梯度很小,传热能力较强;增加搅拌器的搅拌速率及水与相变微胶囊悬浮液的温差均可以提高MPCM的充放冷速率。     

太阳辐射填料床储热特性研究

针对给定太阳日辐射曲线,研究集成蓄热单元的太阳光热系统的整体能量的动态转化特性及关键参数影响规律。结果表明：填料床总储热量与传热流体进口流速呈非线性变化,当传热流体进口流速 u_f =0.006 m/s时,填料床总储热量最大;在给定填料总容量和u_f =0.006 m/s的条件下,填料床高径比为5的填料床具有更高的储热能力;在该计算条件下,u_f =0.006 m/s、填料床高径比为5及填料量相对值为1时,太阳光热能实现最大程度上的转化和储存。     

Thermal performance of a solar-aided latent heat store used for space heating by heat pump

In this study, the cylindrical phase change storage tank linked to a solar powered heat pump system is investigated experimentally and theoretically. A simulation model defining the transient behaviour of the phase change unit was used. In the tank, the phase change material (PCM) is inside cylindrical tubes and the heat transfer fluid (HTF) flows parallel to it. The heat transfer problem of the model (treated as two-dimensional) was solved numerically by an enthalpy-based finite differences method and validated against experimental data. The experiments were performed from November to May in the heating seasons of 1992–1993 and 1993–1994 to measure both the mean temperature of water within the tank and the inlet and outlet water temperature of the tank. The experimentally obtained inlet water temperatures are also taken as inlet water temperature of the simulated model. Thus, theoretical temperature and stored heat energy distribution within the tank have been determined. Solar radiation and space heating loads for the heating seasons mentioned above are also presented.