蓄能技术

本文介绍与电力有关的新的能量贮存方法的研究现状及其展望。 一、各种能量贮存方法 1.热能贮存 热能贮存,有利用物质温度上升的显热蓄热和伴随物质相变的潜热蓄热。显热蓄热是基本确立的技术,如:广泛应用的     

带相变蓄热小型热泵冷凝热回收性能实验研究

通过实验初步研究了采用光管螺旋相变蓄热器替代传统水蓄热器的小型家用热泵冷凝热回收系统的性能,对相变蓄热和水蓄热的冷凝热回收过程进行了对比实验,分析并得到了两类冷凝热回收系统的性能参数及综合能效系数。实验数据表明:与水蓄热系统相比,光管螺旋相变蓄热器体积减小,并且系统运行较传统水蓄热工况下更加平稳,但存在传热效果较差、热回收率低的缺点,回收率仅为15%,系统综合能效系数2.9。可知,相变蓄热器的内部结构对系统综合能效系数影响很大。     

强化太阳能相变蓄热技术的研究进展

为解决太阳能的间歇性问题,常将其与相变蓄热技术进行结合。与传统显热蓄热相比,相变蓄热可将蓄热能量提高数倍以上,具有巨大的研究和应用价值。本文总结分析了相变蓄热的传热机制及在强化太阳能相变蓄热技术上的研究手段,如变换蓄热结构、添加肋片、使用相变胶囊、充注多相变材料、蓄热材料中添加高导热物质等。分析结果显示,相变传热机制中,融化过程主要考虑对流换热,凝固过程热传导占主导;使用肋片、相变胶囊等,主要增大相变材料接触面与蓄热体的比值,进而改善传热;蓄热材料添加高导热物质,可以改善相变材料的团聚、结核及使用寿命,从而提高导热性能,其中添加泡沫金属效果最为显著。     

Solid-liquid phase change energy storage for driving an underwater glider

物质在物相变化过程中由环境吸收热量或冷量,也可以向环境放出热量或冷量,以实现能量储存和释放.固-液相变储能过程具有较大的承压能力.利用海洋温差能驱动的水下滑翔机工作在几百米深的海水中,承受巨大的外界海水压力,选用固-液相变材料作为感温工质-储能材料,可以保证相变储能动力系统稳定可靠地工作.利用固-液相变储能机理运行的水下机器人即水下滑翔机,不需要自带能源而吸取海洋温差能获得驱动力.本文阐述相变储能机理,回顾相变储能研究的发展.以赤道附近海域为例,以水下热滑翔机相变换热管为分析对象,说明了固-液相变储能过程在水下运载器驱动上的应用.     

辛烷相变微胶囊微观熔化实验观测

分别采用差示扫描量热仪和冷热台对纯辛烷以及辛烷微胶囊进行熔化实验,显微镜用来观测加热/冷却过程中相变物质的相行为。结果表明自由界面的存在能有效降低熔化势垒,而快速加热具有相反的作用,即导致一定程度的过热,遵循经典相变理论。界面的存在和受限空间对相变的特性会有一定程度的影响。提供了辛烷的冷凝过程,用来和熔化过程进行比较,结果发现二者的相变点并不完全一致。     

分离式省煤器内水相变传热的数值研究

为研究分离式省煤器内循环工质的相变过程,使用Ansys Fluent中的mixture(混合流)模型对汽液两相流进行数值模拟。通过Lee's蒸发冷凝模型对分离式省煤器的传热传质过程进行了迭代计算,获得了瞬态的气相图和温度场。在相变系统的加热过程中,可观察到蒸发段的液池内气泡的形成、合并、生长和上浮的全过程和在冷凝段壁面上凝结成液膜,并汇集返回蒸发段的全过程,计算得到的壁面温度与工程现场测量值相吻合,验证了模型的正确性。研究了热流密度、相变段内径、相变段长度比、充液量和冷凝段参数对相变系统总传热系数的定性关系,研究表明:在蒸发段管径30 mm、冷凝段温度320 K、热冷段长度比为1、热流密度800 W/m~2情况下,充液率在0.2~0.8时分离式省煤器内循环系统可以稳定运行,充液率为0.4时,传热系数达到最大。研究结果为分离式相变换热系统的研究设计提供了参考。     

泡沫铜内石蜡凝固的孔隙尺度实验研究

对泡沫铜内石蜡凝固相变进行孔隙尺度实验研究。采用高分辨率相机与红外热像仪对凝固过程相场与温度场进行可视化,并通过热电偶测量石蜡与泡沫铜骨架局部温度以获得相变过程热响应及热非平衡特性。揭示了泡沫铜孔隙内凝固相变中包括固液相界面移动、液态石蜡流动及石蜡体积收缩等多个物理过程。研究表明:在多物理过程交互影响下,泡沫铜可高效扩展凝固相界面、提升样品热响应速率,采用孔隙率为0.974的泡沫铜可将石蜡凝固相变速率提升至2.8倍;泡沫铜能有效避免石蜡凝固过程由体积收缩引起的裂缝问题,消除由其引起的热阻;石蜡与泡沫铜骨架间存在局部热非平衡性,且在相变阶段尤为明显。     

新型相变贮热材料

在太阳能热利用、工业余热回收、采暖及空调领域中 ,为了调整热能供应与人们需求之间的不一致 ,热能的贮存是极为关键的一环。目前普遍使用的贮热方式有两大类 :显热式贮热和潜热式贮热。所谓显热式贮热 ,就是通过加热介质 ,使其温度升高而贮热 ,它也叫“热容式贮热”。潜热式贮热是利用贮热介质被加热到相变温度时吸收大量相变热而贮热 ,它也叫“相变式”贮热。物质由固态转变为液态（熔解） ,由液态转变为气态（气化） ,或由固态直接转变为气态（升华） ,都会吸收相变热 ;而进行逆过程时则释放相变热。这是潜热式贮热所依据的基本原理 ,在…     

Recent progress in shape-stabilized phase change materials

定形相变材料是以聚合物为基体,相变物质分布在聚合物三维网状结构中的一种新型相变材料.定形相变材料在相变过程中表现为宏观固相,微观液相,支撑和力学性能优秀,不易泄漏,因其优良的加工性能和安全性能而受到广泛关注,并表现出了广阔的应用前景.本文综述了定形相变材料的制备,导热和阻燃性能等方面的研究进展,并从实验和模拟两方面综合评价了定形相变材料在建筑节能方面的使用性能,展望了定形相变材料的发展前景.     

相变传热在半导体热电转换中的应用

为了解决温差发电技术中发电片热端与尾气间热损失大造成输出功率和热电转化效率不高的问题,提出在尾气与温差发电片热端加装相变传热结构,并计算了加装相变结构后发电器的输出功率和效率,同时与相同传热面积时无相变传热情况进行了对比,并模拟了蒸发段管数和冷凝段高度对发电器输出功率及效率的影响。结果表明,相变结构可提高发电器的输出功率及转化效率,且输出功率随冷凝段长度增加出现峰值,蒸发段管数越多,峰值对应的冷凝段长度越长,而发电效率则随冷凝段长度增加而减少;蒸发段管数增加,输出功率和发电效率均增大。     

平行流热管管内流动与传热的数值模拟研究

为研究平行流热管的工作机理，本文基于Fluent软件中的VOF模型编写了蒸发冷凝相变的UDF程序，对不同功率下平行流热管管内两相流动和传热过程进行了数值模拟研究。模拟结果显示了初始阶段平行流热管管内的气液分布，启动阶段管内包括泡状流、弹状流、环状流等复杂流型的转变过程，稳定工作阶段工质在各并联管路中互激振荡流动。在高加热功率下，管内工质的互激振荡流动更为剧烈，热量输送距离更远。研究结果为平行流热管换热器的优化设计提供了参考依据。     

复合相变蓄热器在空调系统冷凝热回收中的应用

介绍了一种复合相变蓄热器的工作原理和结构形式,提出了应用中所存在的问题.利用相变材料放出潜热提高供水温度,在不需用热水时,压缩机不必停机从而加热融化相变材料以储存热量.采用相变材料回收空调冷凝热,既具有节能又具有环保的特点.     

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。     

相变材料相变点温度热物性的测试及误差分析

固-液相变过程中移动的相界面曲线与两相热物性如比热、密度、导热系数以及相变潜热是密切相关的。本文提出通过测定相界面的移动速率来确定相变材料固-液相变温度点导热系数等多个热物性参数的方法,并设计了相应的测试装置。对测试系统的测量误差进行了定量分析,发现采用数值计算与实验相结合的方法测试的系统误差不超过3％。利用研制的测试系统对几种材料的导热系数和热扩散系数进行了测定,得到了满意的结果,表明本文所提出的测试方法是可信的。     

重力热管内部相变及传热传质过程的数值模拟

重力热管内部包含复杂的两相流动以及相变传热过程,传统理论分析及实验手段不能直观给出其内部流动、相变、热质传递的详细信息。采用VOF(volume of fluid)多相流模型对重力热管内气液两相流动及传热进行模拟,捕捉到蒸发段气泡产生、合并、长大、上升,以及冷凝段壁面附近液滴形成、合并、下滑、汇集到液池的全过程,得到的壁温分布与实验测量值对比体现良好一致性,表明数值模拟的正确性。同时,以热阻、传热量和热效率为评价标准,研究不同充液率和倾斜角度下对重力热管运行性能的影响。结果表明:在所研究的参数范围内,随着充液率的增加,热阻逐渐减小,冷凝段传热量逐渐增大。且工质初始充注量充满蒸发段时热管性能较好;倾角对热阻的影响不明显,冷凝段传热量和热效率均随倾角增加而增长。     

冷凝式燃气相变锅炉的开发与研制

冷凝式燃气相变锅炉不仅具有燃气相变锅炉的不爆炸、不结垢、不腐蚀、不发生鼓包、爆管、运行安全、可靠、平稳等诸多优点外,还具有冷凝式燃气锅炉的高效、节能、环保等特点.按锅炉热力计算中采用低位发热量作为计算基础,这种锅炉热效率口可达到或超过100%,节能效果尤为显著.     

相变储热器的热传导问题

本文讨论了用焓法模型及有限差分法求解相变储热器的热传导问题。结合太阳能利用,求解了伴随第三类边界条件及初态为相变温度时圆柱形相变储热器在凝固过程中的热传导问题。根据所得结果,给出了可供设计相变储热器用的总的凝固时间与壁面平均热流、相变材料的物性及边界条件之间的关系式。     

汽液相变换热过程唯象系数的计算

基于非平衡热力学理论,导出了汽液相变过程化学势的变化及汽泡临界半径的计算式;在此基础上。提出用唯象系数表征相变换热过程的强度。给出了相变换热过程的唯象系数的计算式并进行了数值计算;讨论了相变过程的推动力和汽泡半径等参数对相变过程唯象系数的影响。     

加热方向对方腔内相变石蜡储热性能影响研究

为探究方腔内相变石蜡的储热性能,基于等效热容法和Boussinesq假设,建立相变石蜡融化储热计算模型,并针对加热方向及约束形式等因素对相变石蜡的储热性能的影响进行研究,并开展相变石蜡融化试验,验证计算模型的正确性。结果表明：相变石蜡融化储热过程是由热传导和自然对流传热综合决定的,其中自然对流传热在相变石蜡融化储热过程中起着极为显著的促进作用;不同加热方向下,相变石蜡表现出截然不同的融化储热效率,其中顶、底、侧边单独加热下的自然对流传热效应依次使储热效率提升了0.01,27.9和13.1倍,即底部热源的储热效率最高;在四面加热下,固相因无约束而下沉至底部,并抑制底部热壁面的自然对流传热效应,此时顶、底、侧热壁面的储热贡献率分别为17.3%,37.3%和22.7%;当固相运动被预埋热电偶等因素限制时,将形成钟型融化前缘,该形态包含了各热壁面单独加热下的融化储热特征,此时顶、底、侧热壁面的储热贡献率分别为19.2%,29.8%和25.5%。     

管壳式换热器壳侧气液两相流动和传热的数值模拟研究

采用数值模拟方法,使用FLUENT对管壳式换热器壳侧的两相流动及相变传热进行了模拟计算.根据壳侧流体流动特点,选定合适的湍流模型、两相流模型为混合物模型,并根据汽水转化公式编写了自定义函数UDF来描述相变过程质和量的传递.对管壳式换热器壳侧的流体介质换热发生相变并产生气液两相流动进行了三维的数值模拟研究.得到了管壳式换热器壳程的速度场、温度场、压力场及气液各相的分布情况,对壳侧气液两相流动及相变换热进行了分析.对具有相变情况下的管壳式换热器的结构设计起到参考指导作用.