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。     

玄武岩纤维束储热箱放热稳定性数值分析

为了实现显热移动储热系统的高效放热和高放热稳定性,基于玄武岩的高温稳定性和高储热密度,提出了以玄武岩纤维束为储热介质的显热移动储热系统。系统内部流道采用两级流道排布,增加储热介质比表面积,提高储热箱换热效果。同时,提出了基于该系统的变流速控制方案,以实现系统的高放热稳定性。研究结果表明：采用0.5 m/s流速方案的储热箱放热稳定性较好;基于0.5 m/s流速,建立了变流速功率控制方案,在原有基础上稳定放热时间延长109%,稳定放热效率从39.11%增加至81.12%,稳定放热时间由1 603 s延长至3 353 s,充分利用储热箱存储的热量;同时本方案提供了宽泛的供热功率范围,单位面积放热功率达到0.491～0.501 MW,实现了高储热密度、强稳定放热性及小体积大功率的并存。     

固体蓄热模块蓄热特性研究

固体蓄热装置可利用谷电时将蓄热装置充满,在峰电时将能量释放。固体蓄热模块通过电加热丝将电能转化为热能,采用的传热流体是空气,具有安全、无污染、不受地理条件限制、无需预热等优点。选用氧化镁为固体蓄热材料,固体蓄热模块入口空气的温度为23.85℃,蓄热模块初始温度为500℃。通过瞬态计算,分析和研究在相同蓄热模块体积的条件下,不同空气流量、孔道占比、孔道数量、蓄热模块长度以及分成多段对蓄热模块放热性能的影响,并分析不同情况下蓄热模块的功率特性。结果表明,蓄热模块中空气流量越小、孔道占比越小、孔道数量越多、蓄热模块长度越长,达到450℃出口温度时,蓄热模块放热越充分。增加蓄热模块的空气流量、减小蓄热模块长度,可以提高蓄热模块的平均放热功率,同时减少了总放热量。减小蓄热模块的孔道占比、增加孔道数量,可以提高蓄热模块的平均放热功率,增大蓄热模块的总放热量。将蓄热模块进行分段处理,可以进一步提高放热时长。     

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。     

熔融盐填充床蓄热的蓄放热性能研究

基于多孔介质的连续介质模型,并考虑泵的功耗和蓄热罐的热损失,对熔融盐填充床的显热蓄热进行研究。以填充床蓄放热效率和效率为评价标准,讨论熔融盐进口温度Tin、蓄热罐高度H、孔隙率ε、填充颗粒直径d和熔融盐入口速度u对其的影响。结果表明:蓄热罐高度和填充颗粒直径是影响蓄放热效率和效率的主要因素。蓄热罐高度2~6 m时,总蓄放热效率和效率分别从0.891和0.879提高到0.931和0.923;颗粒直径5~40 mm时,总蓄放热效率和效率分别从0.956和0.951降低到0.875和0.861。     

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。     

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。     

多通道平行流扁管-紧凑式翅片相变蓄热器蓄/放热性能

工业余热浪费严重、利用率较低且实际应用过程中受到时间和空间的限制,需要高效蓄热技术和装置来解决此类问题。提出一种将多通道平行流扁管与紧凑式翅片相结合的新型相变蓄热器,以水为载热流体,月桂酸为相变材料。实验研究了载热流体注入方式、流量、入口温度对蓄热器蓄/放热性能的影响,并分析小温差下蓄热器的传热特性。结果显示,该蓄热器相变材料填充率为82.5%,紧凑式翅片的采用极大强化了相变材料侧换热过程,蓄/放热性能优良。当载热流体入口温度分别为45℃和41℃时,相变材料约在270 min和75 min完成相变,最小蓄/放热温差可达2℃,最小温差时的平均蓄热比功率为25.18 W/kg,平均取热比功率为20.23 W/kg。     

多孔介质蓄热系统动态蓄热特性试验与表征

为了解多孔介质蓄热材料热动态条件下的蓄热特性,得到表征蓄热材料的动态蓄热特性参数,在120 kW多孔介质热动态蓄热系统中,对不同孔径(2.9、4、5.5 mm)、长度(100～400 mm)的蜂窝多孔陶瓷蓄热体在不同热烟气条件下的动态蓄热特性包括蓄热速率、蓄热效率、蓄存单位热量所要克服的蓄热阻力进行了试验研究。结果表明:蓄热速率与时间的关系呈"抛物线"状,蓄热效率随蓄热时间的进行逐渐降低。相同时间下蓄热速率及单位蓄热阻损随蓄热体比表面积的增大或孔径的减小而增大,蓄热效率随蓄热体长度的增加而增大。根据试验研究和分析,采用蓄热速率、蓄热效率及单位蓄热阻损可以用来表征多孔蓄热体的动态蓄热特性。     

带中间通道的蓄热体结构设计及放热性能研究

固体蓄热技术将非峰值电能转化为热能,对消纳电网富余电能、平衡峰谷负荷以及减少环境污染具有积极意义。针对现有固体蓄热装置取热不均问题,提出一种新型结构蓄热体,在通风孔道内设计中间通道。利用Fluent建立蓄热体数值模型,研究了新型结构蓄热体放热时的温度分布和通风孔道内的流速分布,并与无中间连通结构蓄热体进行了对比分析。研究表明：中间连通结构提高了换热效率,减轻了热堆积现象;新型结构蓄热体相比于无中间连通结构,放热过程中平均温度下降37～68℃,最高降幅22.8%,最大温差下降27～60℃,最高降幅48.2%;中间连通结构使通风孔道中心处流速相对标准偏差下降45.4%,提高了流场均匀度;沿竖直方向的中间连通结构使蓄热体竖直方向温度分布更均匀,且未对水平方向的温度均匀性造成恶化影响。     

基于MgO砖非定值物理特性的蓄热体热分析

以工程中常用的MgO砖蓄热体结构为研究对象,通过热物性参数的非定值特性,拟合出相关参数曲线,并对热物性参数的定值和非定值进行对比分析,通过实验验证非定值分析方法的正确性。以非定值分析方法对蓄热体进行不同蓄热功率分析,得到对应的蓄热时间和蓄热容量的变化趋势,并从蓄热体整体和局部的角度出发,分析蓄热体不同位置的温度分布情况。结果表明,定值、非定值分析结果差异较大,通过实验方法验证非定值分析方法的可靠性。蓄热体整体温度分布由中心向四周呈递减趋势,其局部分析中热源之间的温度呈凹抛物分布。蓄热容量随蓄热功率增加而减小,在该结构下达到理论蓄热容量的80%时,蓄热功率需低于110 kW。     

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。     

固体蓄热装置蓄热过程模拟分析与实验研究

设计一种采用分组投切的固体蓄热装置,并以此设计搭建总加热功率150 kW的固体蓄热实验装置,搭建热物理参数非定值的数值计算方法,模拟出炉体的温度场分布,并与定值参数进行对比,得到热物理参数非定值与定值的温度曲线和蓄热量曲线;通过数值模拟和实验数据相结合的方法,确定非定值法数值计算方法的可行性;设计一种分组投切的加热方式,对分组加热的固体蓄热装置进行蓄热量及温度分析。结果表明,采用整体加热的炉体温度梯度分布区间较大,传感器点温度有温差;采用分组加热的炉体温度梯度分布区间相对缩小,传感器间温度几乎相等,相同蓄热目标温度下,提高蓄热量6.0%。     

新型蓄热体结构蓄热过程分析北大核心CSCD

为提高工程实际应用中固体蓄热器蓄热体的蓄热能力,以碱性耐火材料MgO砖作为蓄热介质,设计一种新型蓄热体结构,基于物理参数非定值的热分析方法,对新型蓄热体结构的蓄热性能及温度分布情况进行分析。结果表明:目标蓄热时间下,传统蓄热体温度分布梯度较大,温度分布以蓄热体中心点为核心呈面性递减,整体温差值为227.0 K,新型蓄热体温度分布以横向轴线呈线性递减,整体温差值为107.8 K,较传统蓄热体整体温差值减小119.2 K,监测点温度偏差率降低5.7%;目标蓄热时间下,传统蓄热体网格节点温度在设计蓄热温度873 K温度段占比仅为8.7%,而在高温段占比达到70.1%,整体温度分布不均,新型蓄热体网格节点温度在设计蓄热温度873 K温度段占比达60.4%,未形成明显高温段,整体温度分布更优;目标蓄热温度下,新型蓄热体结构的实际蓄热容量达到理论蓄热容量的96%,较传统蓄热体提升16%,同时相同蓄热容量下体积仅有传统蓄热体的83%,能有效提高蓄热体蓄热能力,相应降低蓄热成本,有利于市场推广。     

梯级相变蓄热装置蓄放热性能模拟研究

文章设计了包含多种蓄热材料的梯级相变蓄热装置,建立了该装置蓄放热过程的数学模型,模拟并对比了单级、梯级相变蓄热装置在相同工况下的蓄热量、有效能利用率、液相率、传热热流密度等性能的差异。在相同工况下,与单级硬脂酸相变蓄热装置相比,梯级相变蓄热装置的蓄热量提高16.9%,有效能利用率提高10.1%,蓄热/放热平均热流密度分别提高97.6%,64.9%,蓄热/放热用时分别缩短50.5%和39.2%。梯级相变蓄热装置的蓄热用时随传热流体进口流速的增加呈现先下降后上升的趋势。梯级相变蓄热装置的蓄热用时长短受传热流体进口流速工况的影响。     

不同蜂窝蓄热体的性能对比及能耗分析

蜂窝蓄热体对于改善空气燃烧过程,降低NO_x起着至关重要的作用。通过Pointwise和FLUENT软件建立了蜂窝蓄热体三维数值模型,从不同的换向时间、孔型、边长、材料的角度对比了蜂窝蓄热体的换热特性,并对实际工作中节能效率进行了理论计算。结果显示：当换向时间从15增长到45 s时,正方形蓄热体的温度效率从78.5%降低到63.1%;当边长、壁厚相同时,圆形蓄热体的温度效率最高,压降也最大,六边形蓄热体的温度效率最低,但压降最小。总结发现,孔隙率的减小可以有效地提高温度效率,但是同时会增大流动的压力损失,在实际应用中可据此选择合适的孔隙率。同时得到,在实际运行中,当a=2.00 mm时,圆形蓄热体的节能效率最高(26.9%),六边形节能效率最低(24.4%)。     

太阳能相变蓄热应用于吸收式制冷的分析

介绍了一种将太阳能相变蓄热技术应用于两级吸收式制冷的新型空调系统,简要分析了该系统的装置结构、工作原理和使用优点。对相变蓄热装置放热过程中放热盘管出水温度随放热时间的变化关系进行了实验测量,并对两级吸收式制冷系统效率进行了分析。通过研究可知,该太阳能空调系统有效解决了以往系统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、放热速率大、连续放热温度均匀、便于控制热源加热温度等特点,适合储存太阳能并为吸收式制冷系统提供加热热源。综合考虑系统设备简单,加工要求低的制造特点,所以吸收式制冷以太阳能等低品位热源驱动有着良好的发展前景。     

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。     

蓄热蒸发型空气源热泵蓄热器特性实验研究

以所研制的相变温度为30℃的圆柱形螺旋盘管相变蓄热装置为研究对象,实验分析其在不同室外温度下的蓄、放热特性和除霜特性。研究结果表明:该相变蓄热装置具有良好的蓄放热能力,可满足蓄热蒸发型空气源热泵在低温工况下的供热需求,可有效解决空气源热泵系统的热量供需矛盾,同时缩短除霜时间达50%,提高热泵系统的供热效果。但蓄热器的蓄热速度慢,在有限时间内的蓄热量少,为实现热泵系统在极低温环境下的高效工作,须采取措施强化该蓄热器的换热。