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。     

管翅式相变蓄热器性能的实验研究

为了改善光管螺旋式相变蓄热器的蓄放热效果,在圆管上加装了矩形翅片,并通过选择复合体系的相变蓄热材料,实验研究了翅片螺旋式相变蓄热器的蓄热特性。实验结果表明:以80%Na2SO4·10H2O+20%Na2HPO4·12H2O的复合体系为蓄热介质,矩形翅片螺旋相变蓄热器的蓄热速度比光管式蓄热器提高了1/3,蓄热时间缩短了1/3,具有良好的蓄放热性能。     

电热型管壳式相变蓄热器的设计与性能实验

相变蓄热技术近年来在电力削峰填谷的应用中发挥了重要作用,成为供热领域的新热点。本文设计了以PTC电加热棒为发热源,水为载热介质,纳米共晶水合盐为相变蓄热材料的管壳式相变蓄热器。实验研究了蓄放热过程中装置内部水和相变材料的温度分布情况以及特定温度范围的蓄放热性能及变化规律。结果表明,以圆管正三角阵列 + 折流板为特征的管壳式换热器结构可以使蓄热器内部温度分布更加均匀;以某测温点水温75 ~ 98℃变化区间为蓄放热周期,蓄热周期的实际蓄热量为779 796 kJ,有效蓄热系数达到0.91,平均蓄热功率为94.13 kW;在放热周期,放热功率从74.2 kW随水温的下降而逐渐减小至51.8 kW,当水温降至相变温度以下时,放热功率趋于稳定。     

新型管壳式相变蓄热器的设计与数值模拟

设计了新型具有内外双螺旋结构的翅片管式蓄热换热器,通过Gambit软件建立三维蓄热体相变蓄、放热过程的物理模型和数学模型,运用Fluent软件对换热器的蓄、放热过程进行模拟。研究表明新型换热器的蓄、放热效率要比光管、仅有外螺旋翅片以及仅有内螺旋翅片的换热器高。最后对相变材料和外螺旋翅片的间距进行了优化,结果得出添加0.5%膨胀石墨/石蜡的复合相变材料要比纯石蜡蓄热时间缩短34%,翅片螺距对蓄热器的蓄热性能有重要的影响。     

管壳式相变蓄热器热性能分析及结构优化

针对管壳式相变蓄热器换热速率较慢的问题,建立多管束大空间相变蓄热器模型数值模拟的研究换热管排列方式及翅片参数对换热效果的影响。通过观察温度和速度场、固液相界面、Nu及液相分数与时间的关系,分析蓄/放热传热过程。研究结果表明：采用正三角排列可增强换热管间热扰的影响,提高相变材料(phase change material, PCM)熔化速率;蓄热过程中传热以自然对流为主,放热过程中传热以导热为主;合理调整不同位置换热管节距,可改善蓄热器温度分布均匀性;适当增加翅片数量及高度有利于提高PCM换热速率,蓄热器最佳翅片数量为8组,高度为25 mm。     

内翅式套管相变蓄热器性能研究

相变蓄热能有效地解决太阳能利用过程中供需不匹配的问题。文章对内翅式太阳能套管式相变蓄热器的蓄热性能进行了研究,结果表明:供热流体入口速度越大,熔化过程所需要的时间越短;速度为2.5 m/s时,熔化过程需要225 min左右;与未加翅片的蓄热器相比,在相变材料侧增加环形翅片时蓄热时间缩短10%左右。     

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。     

矩形翅片管糖醇相变储热器传热性能分析

对糖醇基矩形翅片管相变储热器传热性能进行数值模拟与实验研究,利用数值模型研究传热流体入口温度、流量以及储热器翅片间距、管间距等参数对充放热性能的影响。研究表明：从运行参数看,由于相变材料导热系数的影响,翅片强化区外流体入口温度与材料相变温度的温差对充放热速率呈正相关;在管内湍流条件下,管内流速在高于0.53 m/s时,不能显著提升储热器的充放热速率;从结构参数看,增加翅片可显著提升翅片区内充放热速率,翅片间距小于10 mm和管间距小于52.5 mm对充放热速率影响不明显。     

外压内吸薄壁弹性矩形阵列管相变蓄热装置放热研究

针对由于相变材料导热系数较低且易与受热面相剥离而造成相变蓄热装置放热功率不能满足工程实际需要的现象,设计了外压内吸薄壁弹性矩形阵列管相变蓄热装置。在外部正压和内部负压的共同作用下,采用薄壁弹性矩形阵列管可以解决相变材料与受热面相剥离的问题,同时提高了蓄热装置受热面的紧凑性。搭建相变蓄热实验台并测试蓄热装置在不同流体温度、不同流体流量和不同相变材料工作温度下的放热性能。研究结果表明:矩形管外侧流体流量越大,其传热系数和热功率越大,并且随着放热过程的持续进行,这两个参数的下降速率越小;相变蓄热装置的传热系数随着剩余热功率的下降而迅速降低,当剩余热功率占最大热功率的70%~80%时,传热系数下降速率出现转折,此后下降速率有所减小,当剩余热功率占最大热功率低于20%时,相变蓄热装置的放热过程基本结束;相变材料起始温度和相变蓄热装置进口流体温度的差值以及矩形管外侧流体流量变化时,蓄热装置的传热系数相差不大。     

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。     

壳管式相变蓄热器传热效率研究

设计了一套定量测试不同工况下壳管式相变蓄热器传热效率装置。采用壳管式相变储热,石蜡填充入壳管间,管内通入冷、热载流体,模拟吸热放热过程。测试发现:相同入口条件下,单位时间传热量随入口水温增加呈线性增加;管内载流体流量加大有助于提高传热水平,15~60 L/h流量内单位时间传热量增速随流量增加放缓;不同材质传热管单位时间传热量变化并不明显,表明管道热阻在相变蓄热器总热阻中所占份额较小;相同工况下的蓄热过程,热载流体由下向上流动传热形式明显优于由上向下管排形式;尝试在封装相变材料中添加金属网状结构,强化相变材料内部热传导速率,对比发现相同工况下相变材料中添加金属网状结构,可提高10%~15%左右传热量。     

基于相变蓄热和热电转换的低品位热能热/电联合回收实验研究

针对低品位热能回收,提出一种采用相变蓄热及热电转换技术以实现热能/电能联合回收利用的新方法,回收的热能用于加热连续供给的冷媒水并同时发电。搭建实验系统对其热/电回收性能进行实验研究,结果表明:综合相变材料(PCM)温度及温差变化曲线可较好地反映出系统的相变蓄热规律,冷媒水温升及热电转换量明显且存在由PCM相变效应引起的平稳变化段,占PCM主要相变阶段的16.7%。增加冷媒水流量及热电转换单元(TEM)数量会降低冷媒水温升、提高热电转换量。冷媒水流量、热源输入功率和TEM数量为影响热/电回收性能及蓄、放热时间比的主要因素。间歇性蓄、放热循环实验中冷媒水温升和热电回收功率分别稳定在6~13℃和0.020~0.085W,显示该文提出的热回收方法对间歇性热能回收具有较好的稳定性。     

圆柱形相变蓄热器蓄/放热性能实验研究

设计并搭建了以太阳能为热源的圆柱形蓄热器实验台,将封装了相变材料(PCM)的蓄热球体放置在蓄热器中,测量蓄热器进出口和蓄热器内第一～七层的热媒(HTF)温度,对所测温度和流最进行数据采集.分析HTF的进口温度和流量变化对蓄热器热性能的影响.结果表明,随着HTF的进口温度的提高,完成蓄热所需的时间不断减少,蓄热效率得到提高,流速的增加对蓄热的影响不大.初步掌握热媒的流动特性对相变蓄热装置蓄放热过程的影响,为蓄热器的工程应用设计、评价提供参考依据.     

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。     

玄武岩纤维布移动蓄热箱高温蓄热工况下的放热特性研究

设计一种以玄武岩纤维布为蓄热材料的蓄热箱,采用插排排列提高换热速率和蓄热密度,通过火用分析确定最优蓄热温度,再分析不同流速和入口温度下的放热时间、放热功率和放热效率,得出玄武岩纤维布蓄热箱的放热特性。研究表明：在高温蓄热条件下,每千克空气最大输出功提高约0.5 kJ/K,■损失为81～151 kJ/kg,■效率在82%～85%范围内,选定600℃作为基准蓄热温度;分析了5种流速下的放热情况,随着入口流速不断增大,有效放热时间从191.4 min降低到23.7 min,放热功率从344.2 kW增加到2 749.7 kW,放热效率从96.2%降低到93.6%;分析4种入口温度的放热情况,蓄热箱放热时间的差距均在60 s内,放热功率在2 709～3 103 kW之间,平均放热效率为93.4%。     

套管式相变蓄热器强化传热研究

蓄热技术可有效解决热能供给与需求在时间和强度上不匹配的矛盾,提高能源利用率。针对蓄热器换热效率低和蓄热器内部温度分布不均匀等问题,结合套管式和多管式蓄热器的换热特性,开发出高效蓄热换热器。研究结果表明,通过添加翅片使相变材料融化过程节省时间66.67%;增加翅片长度能够改善相变材料凝固过程中相变"死区"对整体放热时间的影响,使凝固过程节省时间73%。     

金属泡沫内石蜡固液相变蓄热/放热实验

针对解决太阳能热利用过程中所面临的辐射强度不稳定、不连续和不均匀等关键问题,相变蓄热技术常与太阳能热利用系统耦合协同匹配,以实现稳定连续的热量输出。为了强化固液相变蓄热/放热过程、提高系统热储能效率,对金属泡沫内石蜡类相变材料(PCMs)在不同蓄热流体温度下的固液相变蓄热/放热特性开展了实验研究。设计并搭建了相界面可视化的蓄热/放热实验系统,实验过程中使用高清相机对相变过程中的相界面变化进行了记录。同时,通过在蓄热单元内部布置多个热电偶测点,对蓄热/放热过程中的温度变化规律进行了探究。实验结果表明,受自然对流影响,熔化过程中相界面由上至下变化;而凝固过程中由于初始时蓄热单元下部温度较低且存在自然对流,此时相界面自下而上变化。蓄热流体温度越高,熔化所需时间越短,与蓄热流体温度为65℃的工况相比,蓄热流体温度为85℃、80℃、75℃、70℃工况的完全熔化时间分别减少了56.0%、46.7%、15.4%和26.7%。当采用不同温度的流体进行蓄热工况时,相变材料内部温度呈现出具有明显差别的温升规律。尽管如此,当采用相同温度的换热流体进行放热工况时,相变材料的放热温度仍趋于一致。     

相变蓄热复合传热强化技术综述北大核心CSCD

相变材料(PCM)通过在相变过程中吸热或放热实现热能的存储与释放。相变材料在热能存储和热管理领域凭借其相变区间温度稳定、储能密度大受到了广泛认可。然而,相变材料普遍存在热导率低的问题,需要结合传热强化技术进行改善。在采用某一种强化技术的基础上,两种或多种传热强化技术相组合的“复合强化技术”成为目前传热强化与相变蓄热性能改善的研究热点。本文通过对相关文献的分析,综述了目前复合传热强化技术的研究进展,包括以翅片为基础,分别结合热管、纳米颗粒、多孔材料和梯级蓄热,以及多孔材料结合热管、纳米材料和梯级蓄热等多种复合方式。分析表明:通过将热管与翅片或多孔材料混合使用,可以达到传热强化最佳效果;纳米颗粒与翅片或多孔材料的混合使用比同等条件下单独使用纳米颗粒更有效;采用梯级蓄热与翅片或多孔材料相结合相较于单独采用梯级蓄热具有更快的蓄/放热速率和更加均匀的换热流体出口温度。建议对其他可能的复合传热增强技术进行深入研究,并通过实验验证、优化蓄热系统的结构设计和具体参数探讨对蓄热性能的影响。     

相变热回收式通风装置的设计及蓄放热特性研究

文中提出一种相变热回收式通风装置的结构形式,建立相变蓄能换热单元的计算模型,研究蓄、放热过程的相变传热特性,以及相变温差、通风量对蓄、放热特性的作用规律。结果表明:相变温差及通风量的大小均影响装置的蓄、放热特性,相变温差和通风量越大,装置的蓄、放热速率越大,且蓄、放热时间越短;随着相变温差及通风量的不断增大,对蓄、放热特性的影响逐渐减小。基于计算模型的数学和几何参数,通风量610~910m~3/h、相变温差17~21℃工况下,装置的蓄、放热时间约60min。     

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。