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。     

均流结构蓄热水箱热特性的模拟与实验研究

蓄热技术是太阳能光热利用的重要组成部分,而以水作为蓄热介质的中低温蓄热技术是太阳能热利用系统中的关键技术之一。本文提出并设计一种用于提高蓄热水箱热分层特性的新型均流器,在初始水温70℃、进水温度10℃的工况下,测试得到了水箱的热力学特性,并基于ANSYS软件建立该水箱的数学模型,研究结果表明随着进口流量的增大,水箱中斜温层的厚度和混合数(MIX number)先减小后变大,填充效率先变大后减小,而理查森数(Ri)减小,当流量为3 L/min时,水箱的热分层效果最好,效率最高。实验和理论计算表明,该文所设计的均流器对进入水箱的水流具有抑流作用,能有效降低进水速度,减弱了水箱中冷热水的混合程度,使得水箱的斜温度层厚度减小,进而使得水箱的分层效率提高。     

大规模太阳能跨季节土壤储热系统设计优化

以太阳能跨季节储热系统为研究对象,在已有低品位集中供热项目案例基础上,设计太阳能跨季节储热系统,通过数值模拟对储热体积、短周期蓄热水箱体积和循环流量进行分析,并利用Hooke-Jeeves算法,以储热效率最高为优化目标,获得太阳能集热面积与上述设计参数的匹配关系。分析结果表明:太阳能跨季节储热具有规模效应,储热体积越大,单位储热体积对应表面积越小,热损失越小。对于高径比为1,储热期和取热期入水温度分别为80和20℃的圆柱形跨季节储热体,当其体积由1万m³增加至10万m³时,体表比由0.3下降至0.13,储热效率由40%增加至75%。此外,短期蓄热水箱体积对系统性能也有较大影响,当水箱体积偏小时,集热系统运行温度偏高,集热效率偏低;水箱体积偏大时,水箱热损失率偏高。系统取热量随取热期循环流量的增加而增加,循环介质进出口温差随取热期循环流量的增加而减小。从提高系统经济性的角度考虑,集热面积、储热体积、短期蓄热水箱体积及循环流量应根据取热装置和太阳能系统动态特性进行匹配设计,系统规模不宜过大或过小。针对10万m³地埋管储热系统...     

分层-掺混切换式蓄热水箱热特性实验及评价研究

稳定分层、充分掺混是蓄热水箱实现高效供暖和恒温出水2种功能的重要手段。该研究设计一种分层-掺混一体式蓄热水箱,可实现2种功能的有效切换,满足分层高效供暖和恒温生活热水在不同时段、不同季节的灵活需求。搭建一套蓄热水箱热力学特性测试实验系统,利用分层效率、效率等蓄热水箱热性能评价指标,研究不同尺寸、流量、温度下分层-掺混式蓄热水箱的热力学性能及动态响应特征。以125 L的实验蓄热水箱为例,结果表明：在分层模式下,热分层速率、稳定性显著优于常规水箱,效率和分层效率明显提高,效率可达90%以上;在掺混模式下,掺混速度明显提高,分层效率迅速降低到0.10,实现了蓄热水箱的完全混合,结果对分层-掺混双效水箱的开发与应用具有一定指导。     

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。     

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。     

太阳能地面采暖系统蓄热水箱容积分析

通过分析太阳能采暖系统所需蓄热鼍与建筑热负荷、太阳能集热量日变化规律之间的关系,得出太阳能采暖系统所需蓄热水箱容积的理论算式.根据拉萨、银川、西宁、西安等地的太阳辐射强度及建筑热负荷的日变化规律,模拟得出系统所需蓄热量变化规律;并对各种蓄热温差下对应的蓄热水箱容积进行了模拟分析,结果表明:太阳能采暖系统所需蓄热量随太阳集热器的集热量与建筑热负荷之间的差值增大而增加;蓄热水箱容积随蓄热温差增大而减小,当蓄热水温达到80℃时,在各种地面采暖系统取水温度下,单位集热器面积所需蓄热水箱容积趋于相等.     

蓄热水箱的热分层研究进展

太阳能热水系统中蓄热水箱热分层的研究,已经成为目前提高太阳能集热器效率和太阳能保证效率的重要方向,良好的热分层一方面可以降低进入集热器的温度,减少传热损失,提高集热器效率;另一方面可以提高水箱内可被利用的高温水量,减少辅助加热量,从而提高整个太阳能热水系统的性能。综合国内外文献,总结了蓄热水箱热分层现象,热分层的数学模型以及影响因素,并展望了热分层蓄热水箱的研究趋势。     

主动太阳能采暖供水管流量规律研究

通过对集热器有效集热量、建筑热负荷、蓄热系统蓄热量、蓄热水箱损失以及蓄热水箱温度的理论分析,建立了太阳能采暖供水管流量数学模型,且分别在不同太阳辐射强度与不同建筑热负荷波动规律下进行模拟分析,得出蓄热水箱温度变化规律以及各种情况下采暖供水管流量变化规律.结果表明:蓄热水箱温度受太阳辐射强度波动规律影响较大,受建筑热负荷波动规律影响较小,其中蓄热水箱温度基本在30～70℃之间;太阳辐射强度相同,建筑热负荷越大所需采暖管流量也越大,流量最大、最小值分别可达到0.810、0.008kg/s;随着太阳辐射强度波动规律的增大,采暖管流量波动规律亦相应增大.     

Effect of obstacles with different opening means on thermal stratification in hot water storage tanks

为研究具有内置隔板的太阳能蓄热水箱隔板开孔尺寸及位置对其内部热分层效果的影响,对9种隔板开孔位置的太阳能蓄热水箱内温度场进行了数值分析,结果显示：在相同的流动参数及开孔面积条件下,隔板中心开1个圆孔的水箱热分层效果最好。对于多开孔的水箱,开孔位置对水箱内热分层影响不大,但对蓄热量影响显著。对于隔板中心开1个圆孔的水箱,在不同流动参数条件下,冷、热水出口温差随着冷水入口流速的增大呈先增后减的趋势,当冷水入口流速大于0.9 m/s时,减弱了热分层的稳定性。     

太阳能供暖二级水箱变容积蓄热系统能量及?分析

太阳能供暖系统中的固定容积单水箱蓄热系统,在太阳能波动供给和建筑热负荷波动需求之间存在不匹配及灵活性不足的问题。为更高效地利用太阳能,本文对二级水箱温度分层变容积蓄热太阳能供暖系统建立了MATLAB数学模型,包括集热循环、充热循环、取热循环和供热循环四部分及相应的控制策略,并运用Trnsys进行了模型验证。提出了在某时间段内,实际参与充热、取热或同时充热与取热的水箱体积为有效蓄热体积的概念。定义了集热比、有效蓄热体积平均温度、水箱热量取充比和热损比等参数对系统进行了分析与评价。研究表明:与传统的太阳能供暖固定容积单水箱温度分层蓄热系统相比,在整个供暖季,二级水箱变容积蓄热系统的热损失减少了17.2%,取充比增加了6.3%,?效率提高了6.6%,辅热能耗减少了9.5%;在供暖初期,二级水箱变容积蓄热系统的水箱温度响应时间缩短了54.9%,可更灵活快速地用于供热。二级水箱变容积蓄热系统有利于调节供暖季不同时期的供需匹配,具有良好的节能效果,可进一步为太阳能供暖系统的设计与应用提供指导。     

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。     

基于圆柱形单元的储热装置放热实验研究

蓄热水箱作为太阳能供暖系统的重要核心设备,其性能直接影响着储能系统的整体运行效率。设计一种基于圆柱形相变单元的相变储热装置,并搭建相变蓄热水箱性能测试平台,通过单一控制变量法得到储热装置放热过程的温度变化曲线。研究表明：对于空间一定的储热装置,在等质量相变材料（PCM）时,相变单元的直径对装置放热速率的影响较大;相变单元之间的间距对装置放热速率的影响较小;当增大换热流体（HTF）的入口流量及降低HTF入口温度时,能大大减少储热装置的放热时间,提高储热装置的整体性能。     

双圆台型高温太阳能蓄热系统传热特性研究

提出一种新型太阳能蓄热系统(双圆台型),然后建立数学模型并进行模型验证,最后计算多种变参数条件下蓄热系统的传热特性。研究结果表明:增大传热介质的入口温度、流速均能提高蓄热装置的蓄热速率;对比单圆台型储热系统的出口温度,结果发现双圆台型系统的热利用率显著提高;在该文的数值计算参数范围内,当传热介质的进口温度和流速分别为747 K和1.2 m/s时,双圆台型系统的蓄热效果最优。研究结果对于认识和揭示高温太阳能高效光热转换及利用具有参考价值。     

太阳能集热系统过热影响因素分析

通过分析太阳能供热系统集热、蓄热和用热各个子系统的动态热量热平衡关系,建立太阳能集热系统热量传递数学模型,并结合集热系统内部流体过热汽化原理,提出集热系统过热度评价指标,并对集热系统在不同流量、水箱容积以及不同连接方式等条件下的过热程度进行分析计算。结果表明,集热系统过热度随热媒流量、集热器倾角和水箱容积取值的增大而减小,并通过对上述3种因素进行敏感性分析得到集热器倾角对系统过热度的影响最大。     

相变蓄能太阳能热泵系统的蓄热特性研究

将太阳能光热技术、空气源热泵技术以及相变蓄能技术加以整合,研制一套复合型热水制取系统,为建筑热水供给的节能降耗提出一种思路。完成系统的设计及搭建,并在不同控制逻辑下对系统性能进行测试,着重分析相变蓄热材料对蓄热水箱的蓄热特性影响。研究发现布置有相变蓄能材料的蓄热水箱相较无相变蓄能材料的蓄热水箱其持续出热水的时间增加,出热水率提升,温度分层更好,性能得到提升。除此之外,数据显示对流量的控制亦是优化该系统蓄热特性的关键因素。     

基于插栓流模型的太阳能供热系统的研究

采用蓄热水箱的多节点模型,对典型太阳能供热系统进行全年逐时模拟计算.计算数据表明,相比于完全混合的蓄热水箱,水箱温度分层可较大幅度提高太阳能集热器的平均效率和太阳能保证率.同时还分析了不同集热器类型、供水温度、供回水温差等条件下.蓄热水箱温度分层对太阳供热系统性能提高程度的影响.     

Numerical analysis of the discharging performance of a solar energy storage tank containing PCM modules

采用数值模拟软件FLUENT对含有相变储能模块的储热水箱(下文简称为相变储能水箱)和不含相变储能模块的普通水箱(直接进水)的释能工况进行数值模拟,并将模拟结果进行了对比.数值模拟结果表明水箱加入相变储能模块后,一方面相变储能模块的堆积起到了散流作用,减缓了进口水流造成的扰动;另一方面冷水进入水箱中通过相变储能模块缝隙时,相变储能模块对冷水有一定的加热作用.加入相变储能模块后,改善了释能过程的水箱内热分层效果,提高了储热水箱的释热总量.在流量为5 L/min时,相变储能水箱的释能效率比普通水箱的释能效率高7%,但是随着流量的增大,相变储能水箱的释能效率逐渐降低.     

分区蓄热水箱应用于太阳能热泵中的蓄放热分析

针对冬季太阳能辐射弱且不稳定的特点,提出一种应用于太阳能热泵的分区蓄热水箱,以水泵驱动蓄热水箱循环区与蓄热区的热量传递,并运用热力学原理对水箱循环区与蓄热区的运行状况进行模拟,分析了水箱两区在不同水泵体积流量下的逐时温度变化并与整体式水箱进行对比。结果表明,分区蓄热水箱克服了整体式水箱的热惰性,启动灵活,能在较短时间内达到热泵运行的理想温度,显著提高了系统的性能。     

初参数对超临界CO2塔式光热发电系统■效率的影响

初参数对塔式光热发电系统热力性能有着重要影响。基于国内外研究现状,文章建立了超临界二氧化碳(S-CO₂)再压缩塔式光热发电系统,研究了不同辐射强度下,该系统不同设备、各子系统和整个系统的(火用)效率,以及吸热器散热损失随透平进口温度和进口压力的变化情况。研究表明：透平进口温度从500℃上升到800℃时,低温回热器(火用)效率最大值为90.21%,对应温度560℃;当辐射强度从95%THA增加到105%THA时,集热子系统(火用)效率最大值点往温度升高的方向偏移且最大值增大,最大为27.88%,对应温度700℃。透平进口压力从20 MPa增加到34 MPa时,循环子系统(火用)效率先增后减,当辐射强度从95%THA增加到105%THA时,其最大值点往压力升高的方向偏移且最大值减小,最大为74.9%,对应压力24 MPa。透平进口压力对吸热器散热损失的影响较小,而进口温度对其影响较大。研究结果可为S-CO₂塔式光热发电系统优化设计提供参考。