组合式高温相变蓄热器蓄热过程的数值模拟

通过对相同管径蓄热管组成的高温相变蓄热器蓄热过程进行模拟,得到了蓄热过程中相变材料(PCM)温度和液相率随时间的变化曲线以及不同时刻液相率的分布云图。针对温度曲线和云图所显示的问题,在保证蓄热量的前提下,提出了蓄热管组合式排布的设计方案,并对其蓄热性能进行了模拟。研究结果表明,采用所提出的组合式方案有效地减少了蓄热时间,降低了"死区"对蓄热器蓄热性能的影响,使PCM的液相率分布更加均匀,可为用于太阳能热发电的高温相变蓄热器的优化设计提供理论依据。     

太阳能吸热器换热管蓄热数值模拟与试验研究

对以高温共晶盐LiF—CaF2为相变材料(PCM)和以干空气为工质的相变蓄热系统，采用焓方法建立了以控制体单元为对象的单管相变蓄热模型，并对系统进行了数值分析，得到了循环工质气体出口温度、相变材料容器最高温度和平均壁温等参数的瞬态变化曲线，实验研究了吸热器换热管的蓄傲热性能，分析了工质进口温度、输入热流级工质流量对工质出口温度、PCM容器平均壁温及最高壁温的影响。计算结果和试验表明单元换热管的蓄傲热性能达到了设计要求，试验结果与数值计算吻合良好。     

冬季太阳能相变蓄热通风墙热工性能的数值模拟

在建筑通风墙体中加入相变材料被认为是改善其冬季热工性能的有效方法。相变材料在墙体中可采用分块的方法进行宏观封装,此时材料在熔化过程中产生的自然对流现象十分显著,不能被忽略。该文使用开源计算流体力学框架OpenFOAM下开发的求解器针对被动式相变蓄热通风墙体的热工性能开展了数值研究,以准确模拟相关传热、流动、相变等物理过程。计算结果表明：相变材料蓄热墙能有效降低室内温度波动;相变材料内部的自然对流作用很大程度上影响着材料的熔化与凝固速度,因此材料封装时的长宽比以及分块方式应做出审慎选择。     

水平及竖直放置套管式相变蓄热单元传热特性的数值模拟

以赤藻糖醇为相变材料,采用Fluent软件对同心套管式相变蓄热单元的熔化和凝固过程进行了三维非稳态数值研究。在考虑自然对流的前提下,对比了水平入射式、顶部入射式及底部入射式相变蓄热单元的传热特性,得到了固液界面分布图和温度云图随时间的变化特性,对比了各自的蓄放热速率。研究表明:自然对流在熔化过程中起主要作用,而在凝固过程中起的作用很小;蓄热速率从大到小排列,依次是水平入射式、顶部入射式和底部入射式,相比于底部入射式,水平入射式的总熔化时间可减少27.2%,而顶部入射式的总熔化时间仅减少3.7%;放热速率从大到小排列,依次是顶部入射式、水平入射式和底部入射式,相比于底部入射式,顶部入射式的总凝固时间可减少9.2%,而水平入射式的总凝固时间仅减少0.6%;水平入射式蓄热单元是满足蓄放热速率快这一要求的首选型式。     

管壳式蓄热装置的设计及蓄热单元三维数值模拟与优化

为弥补太阳能间歇性的缺点,设计了管壳式蓄热装置并建立了一个三维的、非稳态的、液态石蜡包含自然对流的相变蓄热装置模型,在该模型中取一个蓄热单元进行模拟研究。蓄热单元为圆柱体,内部放置石蜡,中心位置为传热管,热水通过传热管和传热管上的翅片对石蜡进行加热。对蓄热单元的蓄热过程进行了三维数值模拟,分别分析比较了有无自然对流条件,不同蓄热单元放置,以及增加内外翅片情况下蓄热单元的蓄放热性能,研究结果可为蓄能装置及集成系统的开发提供理论依据。     

相变蓄热式家用太阳热水系统国外研究进展

综述了国外相变蓄热材料在家用太阳热水系统中的应用研究进展情况;指出相变蓄热材料的应用可以提高系统的集热效率;能量蓄积密度和太阳能保证率。材料的性质（如导热系数、熔点、比热容,相变潜热、密度等）、设计参数（蓄热材料的体积、换热管的数量和位置）以及材料的包装方式（形状和大小）影响系统性能（包括效率、出水温度、热水可用时间、热损及蓄放热速率）。     

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。     

管壳式换热器蓄热单元数值模拟与优化

相变材料导热系数低,导致相变蓄热装置无法快速地进行热量储存和释放,文中建立了翅片管和光管式相变蓄热单元的三维计算模型,采用数值模拟方法,从蓄热速率、蓄热量以及温度场等方面比较分析了翅片管和光管结构对储热性能的影响。结果表明:在光管外壁添加翅片可以缩短相变材料完全熔化以及整个蓄/放热过程所需时间;与采用光管结构相比,采用翅片换热管时,完全熔化时间缩短32%,完全放热时间缩短14.5%。可见,在一定条件下添加翅片有助于提高蓄热体的蓄放热性能,所得结论对实际工程中相变蓄热系统的设计和优化具有一定的参考价值。     

太阳能相变蓄热炕热工性能模拟

将高导热复合相变材料应用于太阳能水暖炕,以缩短太阳能水暖炕的热响应时间,实现速热;通过CFD对太阳能相变蓄热炕的炕体单元建立三维非稳态传热模型,对炕体的热工性能进行模拟分析;结果表明：太阳能相变蓄热炕完成蓄热的时间为1 200 s,在未采取供暖的房间内能维持垫面温度293-295.8 K,放热时长在15 h左右,通过温控开关控制可较好地实现周期性蓄热。     

太阳平板集热/储能相变传热的数值模拟

提出了一种高效储能平板集热器模型.该平板集热器中采用相变材料作为储能介质,不需储能水箱及防冻保护装置,因此节约了空间和费用.建立了太阳平板集热器内相变材料(石蜡)二维相变传热及自然对流模型,运用显热容法模拟了平板集热器内泡沫铝中石蜡相变融解传热过程.与平板集热器内填充纯相变石蜡的融解传热过程进行比较发现,泡沫铝可极大地提高相变石蜡的相变传热性能.计算结果为高效储能型平板集热器的开发提供了理论指导.     

电加热相变材料蓄热地板采暖的热性能模拟

为消除电采暖引起的电网峰谷差并降低采暖运行费用，该文提出了一种带有相变材料潜热贮能板的地板电采暖系统，并建立了分析此系统热性能的地板和房间理论模型，对给定的电加热相变蓄热地板采暖房间，模拟了室内空气温度和地面温度的变化，藉此分析了我国几个气候地区冬季该系统的应用效果，结果证明此采暖方式在使房间热负荷不大的建筑和气候条件下，基本能满足人的热舒适性要求，有较好的应用前景。     

热管式吸热器单元热管传热的数值模拟分析

热管式吸热器的热性能分析对吸热器设计有着重要意义，但由于其相变过程与热管传热的耦合作用十分复杂，至今仍是很少有人深入研究的领域。本文基于焓法建立单元热管耦合传热的物理和数学模型，模拟计算了热管壁温、蓄热容器壁温、循环工质出口温度及相变材料熔化率等参数，并与基本型吸热器进行比较，验证了热管吸热器明显改善了温度分布的均匀性和相变材料的熔化率。     

相变材料在太阳能-地源热泵系统中的应用

针对太阳能-地源热泵的供热量波动性问题,在系统中设置蓄热装置,利用相变蓄热材料具有蓄、放热的特性,达到调节系统供热量和稳定性的目的。通过对带有蓄热装置的太阳能-地源热泵系统的运行模式及其转换条件的研究,使系统运行处于最佳运行工况,提高了系统的总平均供热COP值,并使之达到6.5。     

组合式相变材料组分配比与储热性能研究

采用焓法对组合式相变材料(PCM)储热系统的相变过程进行了数值计算,分析了组合式相变材料中各个PCM组分质量分数的变化对系统储热性能的影响。结果表明,对于组合式相变材料储热系统,存在着最优组分配比,使得系统的储热性能达到最佳。     

圆柱形壳管式相变蓄热单元的蓄热特性研究

首先提出适合该系统的圆柱形壳管式相变材料(Phase Change Material, PCM)蓄热单元的结构形式;然后基于焓法建立了蓄热单元的数学模型,并利用文献结果对其进行了验证;以CaCl2·6H2O为相变材料,研究了蓄热单元的蓄热特性以及换热流体温度的变化规律,结果表明流体温度与流速都是影响其蓄热特性的重要因素,为季节性相变蓄能装置开发奠定了理论基础.     

利用单水浴法测量相变贮热材料及其构件的贮热能力

发展了一种用于测量相变贮热材料及其构件贮热能力的单水浴法。这种方法使用一个其中盛有一定量水的恒温水浴，将水温从T1均匀加热到T2,利用热流片测出通过水浴各壁面的热损，用消耗的电能扣除热损后即得到加热水所消耗的电能Qw；之后将待测相变材料或其构件浸没在水中，将水浴温度调到T1,并从该温度均匀加热到T2，同时利用热流片测出通过水浴各壁面的热损，消耗的总电能扣除相应的热损后即得加热水和相变材料或其构件所消耗的电能Qw＋pom;Qw＋pom减去Qw即为相奕材料或其构件从温度T1升高到T2所吸收的热能，即相变材料或其构件在温度区间[T1，T2]上的贮热能力。利用该方法对一种定形相变材料的贮热能力的测试结果与DSC分析的结果相差不到2％，还利用该方法对颗粒状定形相变材料与混凝土共混成型的贮热构件的贮热能力进行了测试。     

高温储能系统的传热强化和参数化研究

提出了采用石墨片以强化高温潜热储能系统传热的新结构,并用Fluent软件模拟了该储能系统在释能过程中的瞬态二维传热问题.最后,对影响该潜热储能系统性能的几何和热力参数进行了参数化研究.计算结果表明高温潜热储能系统中增加石墨片能有效地强化传热,并利用计算结果可为高温潜热储能系统进行性能优化设计.     

太阳能热动力发电系统吸热器换热管试验及数值模拟

吸热器换热管地面试验是空间太阳能热动力发电系统吸热／蓄热器研制的重要阶段，是为了验证相变材料的蓄放热性能。对以共晶盐LiF—CaF2为蓄热介质的换热管进行了27个周期共2511分钟的地面试验，包括变参数试验和稳态试验，获得了容器表面温度和工质出口温度等试验结果。利用焓法建立相变蓄热换热管试验的传热模型，采用试验参数对地面试验进行了数值模拟，得到的结果与试验结果进行了比较，两者比较接近。证明了地面单管试验的成功性，也验证了换热管传热分析软件的可靠性。     

微重力条件下相变材料容器的二维瞬态热分析

高温相变材料是空间太阳能热动力发电系统吸热器中普遍使用的蓄热介质。基于微重力状态下的导热控制微分方程，采用焓法对相变材料容器进行了二维数值分析，对计算结果给予了讨论。     

太阳入射热流对吸热器换热的影响

空间太阳能热动力发电系统是非常有前景的未来空间能源供应系统。吸热器的入射热流分布将影响到换热管的传热以及系统的寿命，采用焓法处理相变区的传热，建立了太阳能热动力发电系统吸势器换热管三维换热模型，计算得到在轨道周期内对应三种入射热流的换热管的温度场、工质的出口温度变化、相变材料熔化率等重要的结果，并进行了比较、分析。