太阳能相变蓄热系统在空调制冷中的应用研究

将太阳能相变蓄热应用到空调制冷系统中,提出了一种太阳能相变蓄热空调制冷系统。对相变蓄热装置放热过程中的部分热工参数进行了计算,并对空调制冷系统的热效率进行了分析。通过分析可知,该系统避免了以往太阳能空调系统存在的不稳定性和间断性问题;太阳能相变蓄热装置具有体积小、蓄热量大、放热温度均匀、便于控制等特点,适用于存储太阳能并为空调制冷系统提供加热热源。     

潜热蓄热对太阳能-土壤源热泵系统影响

为提高太阳能-土壤源热泵系统在整个供暖期性能系数,提出带有潜热蓄热装置的太阳能-土壤源热泵供暖系统,并对该系统在哈尔滨地区的运行特性进行动态数值模拟,分析潜热蓄热装置对系统在整个供暖期运行性能的影响.由模拟分析可知,相变蓄热装置在系统的运行中起到重要的作用,使整个系统的运行更加灵活、高效、稳定.系统在整个供暖季的平均供暖性能系数为3.82,在供暖季的前期和末期,系统的日平均供暖性能系数较高,最高可达12.89.     

螺旋盘管相变蓄热换热器蓄放热过程数值模拟

对螺旋盘管相变蓄热换热器的结构和PCM(相变材料)的传热理论进行介绍,并利用FLUENT软件对在自然对流条件下的PCM熔化过程与凝固过程进行数值模拟,获得如下结论:蓄热体体积相同时,盘管匝数越多,蓄热体熔化所需的时间越少;盘管匝数相同时,蓄热体体积越大,蓄热体熔化所需的时间越多;对于结构参数相同的螺旋盘管相变蓄热换热器,盘管匝数越多的蓄热体,其熔化时的Fo数越大;而对于结构参数不相同的螺旋盘管相变蓄热换热器,盘管匝数相同的蓄热体,即使蓄热体体积不同,但其Fo却基本相同;自然对流换热对PCM的熔化过程影响很大,对PCM的凝固过程影响很小。     

基于地温平衡的太阳能-地源热泵系统设计

地温恒定是太阳能和地源热泵合理匹配的重要判据.以北京某别墅建筑为算例,提出了太阳能-地源热泵蓄热系统的流程和运行策略;基于复合系统能量平衡关系耦合热泵机组与集热器,推导出集热器的平均效率和集热器的面积;通过“地热之星”软件设计地埋管并模拟地温变化,表明复合系统能较好的维持地温恒定.     

太阳能相变蓄热加热输送原油系统

根据太阳能的特点和原油加热输送过程的工艺条件,设计了一套太阳能相变蓄热加热原油系统,研制开发了一种适用于太阳能加热的相变蓄热装置,对蓄热装置放热过程中的部分热工参数进行了测量。通过分析可知,该系统利用太阳能加热原油,相变蓄热装置的传热性能较好,装置在55~85℃范围内所蓄热量是同体积水作蓄热材料的蓄热装置所蓄热量的3.5倍,设备具有体积小、蓄热量大、放热温度均匀、便于控制加热温度等特点。     

太阳能土壤源热泵蓄热过程中的数值模拟

建立了太阳能土壤源热泵系统蓄热过程的数学模型,在求解模型时考虑了换热器管壁和土壤的接触热阻,定义了一个综合换热系数;在蓄热量的计算上,把换热器沿深度方向上离散成M份,算出每段的蓄热量相价后得出总换热量。文中采用了有限单元法对地下垂直埋管周围土壤的非稳态温度场进行了数值模拟,分析了换热器周围土壤温度变化的规律。     

套管式太阳能相变蓄热器强化传热数值模拟

因太阳能相变蓄热技术节约资源、保护环境,符合我国目前的能源发展要求,而受到研究人员的关注。而太阳能具有间歇性、不稳定等特点增加了其利用的难度。通过有限元数值分析方法对套管式相变蓄热器进行模拟,探究相变材料(phase change materials, PCM)在太阳能相变蓄热器中的作用。结果表明,添加膨胀石墨可大幅度提升太阳能蓄热器的蓄放热效率。相比于传统石蜡蓄热,在入口速度、环境温度等初始条件相同时,添加质量分数为20%的膨胀石墨的石蜡蓄热时长缩短了91.11%,起到强化传热的效果。该研究为研制太阳能热水器、高效换热器及建筑节能和其他领域的热能储存等提供重要参考。     

蓄能型振荡热管太阳能集热器性能研究

本文设计了一种蓄能型振荡热管太阳能集热器,将其应用在蓄能型振荡热管太阳能热泵系统中,实现太阳能分季节全天候利用,提高能源利用率.使用Gambit软件建立蓄能型振荡热管太阳能集热器的三维模型,并利用Fluent软件对蓄能型振荡热管太阳能集热器中相变材料的蓄热过程进行了模拟研究,得到不同集热器结构参数、集热器内蓄能材料、太阳辐射强度、外界换热条件等对其温度场、液化率等的影响.根据模拟结果,振荡热管间距选17 mm,真空管后增设金属反射板,集热管内采用复合相变材料,夏季利用高温相变材料蓄热直接加热热水,冬季利用低温相变材料给热泵蒸发器供热,从而提高系统整体性能.     

蓄能供热型太阳能集热器结构优化

提出一种蓄能供热型太阳能集热器,将太阳能真空集热管、重力热管蒸发段、热泵蒸发器和相变材料集于一体,可有效克服太阳辐射波动性影响,结构紧凑,集热效率高. 利用FLUENT软件模拟研究蓄能供热型太阳能集热器内相变材料的蓄放热特性. 对比分析集热器内不同结构:重力热管蒸发段和蒸发器管路采用并排布置或三角布置时相变材料的温度场和速度场,结果表明,并排布置方式优于三角布置方式,相变材料完全熔化时间可缩短22.6%,完全熔化时相变材料储存的热量更多. 研究集热器倾斜角度对相变材料蓄热/释热过程的影响,结果表明,蓄热过程倾斜放置比竖直放置时相变材料的完全熔化时间缩短了约28%,而释热过程完全熔化时间不受倾斜角度的影响. 最后研究了相变材料的相变温度和相变潜热对相变过程的影响,结果表明,在能够满足相变材料蓄热所需的相变温度范围内,应选取相变温度较低、相变潜热较大的相变材料.     

内插热管式太阳能集热器内相变材料的蓄热/释热特性研究

提出一种蓄能型内插热管式太阳能集热器,在太阳能真空管和振荡热管蒸发段之间充灌相变材料,提高集热器的瞬时集热效率. 利用Gambit软件建立内插热管式太阳能集热器的三维模型,基于FLUENT软件的凝固/熔化模型,以癸酸(CA)为相变材料进行模拟研究,采用Boussinesq近似法对比分析了考虑浮升力前后的真空管内温度场分布、液化率、不同测点的温度曲线的变化,探究了浮升力对集热器内蓄热/释热过程换热规律的影响. 结果表明,相变材料熔化过程中浮升力起着至关重要的作用,使得真空管内顶部的升温速度快于底部. 而凝固过程中浮升力的影响可以忽略不计. 蓄热过程中集热器内相变材料在轴向上的传热方式,固态显热和相变蓄热阶段以导热为主,液态显热蓄热时以对流传热为主,而在径向上始终以导热为主.     

中温相变蓄热装置的蓄放热性能研究

以相变温度为80℃的相变蓄热装置为研究对象,根据建立的相变传热分析模型,应用数值模拟的方法,研究了蓄热体——相变材料的热物性参数、几何尺寸、填充率,以及热媒体——热水的流速等因素对蓄热装置蓄、放热规律及其特性的影响．研究结果表明,当板状定形相变材料的导热系数在0．4W/(m·K)左右、板厚为8 mm、相变材料的填充率在65%～75%、热媒体流速为5～8mm/s时,蓄热装置可获得较高的蓄、放热效率．     

Role of Composite Phase Change Material on the Thermal Performance of a Latent Heat Storage System: Experimental Investigation

复合相变材料对潜热储能系统中热性能作用的实验研究

Jasim Abdulateef¹, Ahmed F. Hasan^2*,Mustafa S. Mahdi²

（1. 迪亚拉大学 机械工程系,巴古拜 32001,伊拉克;2.迪亚拉大学 化学工程系,巴古拜 32001,伊拉克）

摘要：

石蜡是可用于潜热储能系统单元（LHSU）的理想的相变材料（PCM）。这种潜热储能单元的使用因相变材料导热性差而受到限制。本文采用铝和相变材料制成的金属泡沫生产复合相变材料,以此作为相变材料-潜热储能单元中的导热材料,并使用水作为传热流体（HTF）。通过实验,评估了使用纯相变材料和复合相变材料的潜热储能单元的传热特性。研究包括熔化和凝固过程中相变材料的时变可视化。此外,热存储室内放置一个热电偶网络,记录每个过程的温度分布。结果表明,复合相变材料-潜热储能单元在熔化和凝固过程中均表现出较好的性能。由于金属泡沫的作用,复合相变材料-潜热储能单元的熔化时间比简单的相变材料-潜热储能单元快83%左右,凝固时间减少85%左右。

关键词：相变材料;金属泡沫;潜热;复合相变材料

     

预填埋相变材料对混凝土水化热温升的降低效果

为了探讨能安全有效地降低混凝土水化热温升的方法,采用自制保温装置测量了普通混凝土构件和预填埋相变材料的混凝土构件内部相同位置温度随时间的变化,对预填埋相变材料降低混凝土内部温升效果的影响因素进行了计算和分析。研究结果表明:填埋相变材料后混凝土的内部温度与相变材料的填埋量、比热、相变热、相变温度,混凝土的比热、密度和初始温度,胶凝材料的用量和水泥水化热等因素相关。采用填埋相变材料的方法能够降低混凝土的内部温度峰值,延缓温度峰值的出现时间,但不能降低混凝土内部的后期温度。     

地能利用中的蓄能时间效应

针对地能利用中耗能和蓄能过程吸热和放热的时间效应进行了实验分析和探讨,研究了地下蓄能体温位变化和分布规律。实验结果表明:间歇过程是提高地下蓄能效果的有效手段,间歇频率和地下瞬态换热负荷的协同优化控制将有利于发挥其综合效能;连续高温大负荷蓄热,地下换热器热源周边温度急升,导致热源与近边土壤温差骤减,发生周边热量积聚和传热抑制现象。本文还提出了地下蓄能温度"理想域值"的概念,可作为评价能量蓄存效果的重要指标。     

Thermal performances of non-equidistant helical-coil phase change accumulator for latent heat storage

Helical-coil is a common structure of heat exchanger unit in phase change heat accumulator and usually has the equal coil pitch between adjacent coils.Its thermal performances Thus,could be improved by improving the uniformity was of unit the phase change material(PCM)temperature distribution.flow a novel non-equidistant helical-coil made structure heat proposed area in this study.Its coil pitch match decreased along the direction of heat transfer fluid,which the exchange in that volume increase to the decreasing temperature difference between was the heat transfer and fluid and PCM.The structure was optimized using numerical simulation.helical-coil temperature An heat experimental accumulator system was developed the experiment results indicated latent the proposed non-equidistant uniformity more effective than equidistant helical-coil for heat storage.The of the distribution was also confirmed by simulation results.     

翅片盘管式相变储热器传热性能研究

翅片盘管可以强化盘管外侧的换热.本文研制了一种翅片盘管式相变储热器,以石蜡R54为相变材料,在3组不同流量工况下,分别对3种不同翅片间距的储热器进行了实验研究,分析了其不同工况下的温度分布和传热系数情况,得出了该类型相变储热器的储热效率及传热系数与流量成正比、与翅片间距成反比的结论.     

SGCHPS土壤热平衡及系统热量利用

为解决严寒地区建筑物热负荷远大于冷负荷而导致的太阳能-土壤源热泵系统(SGCHPS)供热性能逐年下降、以至于无法使用的问题,提出依靠太阳能季节性土壤蓄热来维持土壤热平衡、提高系统效率的方法.以严寒地区太阳能-土壤源热泵供热供冷示范工程为平台,进行了为期3 a的蓄热、供热、供冷长期实验.实验结果表明:在保证供热供冷效果的基础上,土壤温度呈现日周期和年周期变化,土壤保持了以年为周期的热平衡;太阳能在冬季供热量中占85%;在供冷季同时进行蓄热和供冷的2组土壤换热器(GHE)可根据换热功率分配其比例.土壤蓄热解决了严寒地区建筑物冷热负荷不平衡的问题,使系统能长期高效运行,并实现了全年太阳能的利用,节约了大量的常规能源.     

双级耦合热泵供暖化霜

在江浙等湿热地区应用双级耦合热泵即空气源热泵代替水环热泵系统中的锅炉，空气源热泵制取低温热水作为水环热泵的热源，空气源热泵制冷循环除霜会使其供热量减少.在水环热泵空调系统中有串联在水环路上的蓄热水箱来改善系统的运行特性.通过计算，选择了合适的空气源热泵、水环热泵和蓄热水箱，通过实验研究了蓄热水箱对化霜的影响.由于蓄热水箱的存在，中间环路的热惯性较大，空气源热泵机组结、化霜对系统的影响与室温的稳定性几乎无关.空气源热泵机组可以应用于该系统，本实验系统的各项技术指标均能满足实际工程要求，为推广应用提供了必要的数据.