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。     

高温相变蓄热器数值模拟与实验研究

高温相变蓄热器是空间太阳能热动力发电系统的关键部件之一,相变材料(PCM)蓄热是其中的关键技术。对以LiF-CaF2为PCM和以干空气为工质的蓄热系统进行了地面实验,并分别建立了相应条件下填充纯PCM和泡沫复合相变材料(FCPCM)的蓄热单元管数学模型。经过数值计算得到结果表明,纯PCM蓄热单元管计算值与实验数据吻合得很好,表明了计算模型的有效性;此外,对填充纯PCM和FCPCM的蓄热单元管的计算结果进行了比较,结果表明,泡沫的填充强化了PCM的导热性能,提高了蓄热系统的热性能。     

采用肋片强化相变蓄热器传热的模拟分析

为了增加同心套管式相变蓄热器的蓄能效果,采用环形肋片强化相变储能设备的传热,利用Fluent软件模拟了这种结构中石蜡相变的融化过程,得到了石蜡熔化过程温度场分布及熔化时间的规律,根据这些规律分析了肋片间距及厚度等参数对贮热管放热效果的影响。分析结果表明：石蜡的总融化时间随肋片间距增加而延长即传热效果变差,但是随着肋片厚度的增加而缩短,即传热效果变优,但是当或肋间距超过40mm和厚度超过2mm后,进一步增加肋片间距或者厚度对传热效果的影响变得不明显。     

圆柱形相变蓄热器蓄/放热性能实验研究

设计并搭建了以太阳能为热源的圆柱形蓄热器实验台,将封装了相变材料(PCM)的蓄热球体放置在蓄热器中,测量蓄热器进出口和蓄热器内第一～七层的热媒(HTF)温度,对所测温度和流最进行数据采集.分析HTF的进口温度和流量变化对蓄热器热性能的影响.结果表明,随着HTF的进口温度的提高,完成蓄热所需的时间不断减少,蓄热效率得到提高,流速的增加对蓄热的影响不大.初步掌握热媒的流动特性对相变蓄热装置蓄放热过程的影响,为蓄热器的工程应用设计、评价提供参考依据.     

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。     

板式石蜡储热器传热的数值模拟

在相变储热器中采用强化传热技术，克服相变材料的低导热性能，是目前国内外研究的热点。应用FLUENT软件数值模拟了翅片强化板式石蜡储热器的凝固传热过程，得到随时间变化的相界面位置、总凝固时间、壁面热流、翅片温度分布等，并进一步分析了翅片对不同长宽比叫的储热器的强化传热效果。模拟结果表明，只有当ω≥1时，翅片才能对储热器起到明显的强化传热作用，研究结果可为相变储热器的优化设计提供可靠的依据。     

椭圆管强化固液相变蓄热器的数值模拟

由于蓄热材料融化后受自然对流的影响,为了改善固液相变蓄热器上下融化不均的情况,采用椭圆管强化蓄热器中的传热,利用Fluent软件模拟了相同面积的圆管和椭圆管这2种结构中石蜡相变的融化过程,得到了石蜡融化过程温度场分布及融化过程中液相分数线的规律,根据这些规律分析了椭圆管对增强蓄能效果的影响,并且分析了不同椭圆管长短半轴比对加快石蜡蓄热时间的影响。     

新型管壳式相变蓄热器的设计与数值模拟

设计了新型具有内外双螺旋结构的翅片管式蓄热换热器,通过Gambit软件建立三维蓄热体相变蓄、放热过程的物理模型和数学模型,运用Fluent软件对换热器的蓄、放热过程进行模拟。研究表明新型换热器的蓄、放热效率要比光管、仅有外螺旋翅片以及仅有内螺旋翅片的换热器高。最后对相变材料和外螺旋翅片的间距进行了优化,结果得出添加0.5%膨胀石墨/石蜡的复合相变材料要比纯石蜡蓄热时间缩短34%,翅片螺距对蓄热器的蓄热性能有重要的影响。     

多级相变太阳能通风吊顶蓄放热特性研究

提出一种基于太阳能热风供暖系统的多级相变通风吊顶新型供暖末端。建立多级相变太阳能通风吊顶传热数值模型,对比研究了单级、两级和三级相变太阳能通风吊顶的蓄放热特性,分析相变材料的长度配比、空气流速对供暖末端蓄放热性能的影响规律。研究结果表明,与采用单一相变材料的通风吊顶相比,多级相变太阳能通风吊顶在蓄放热过程中出口平均温度差异更小。相变蓄热级数为3时,通风吊顶的蓄、放热效率及相变材料利用率改善最大,分别为6.5%、7.9%和25.1%,各级相变材料长度的配比为1∶1∶1时,蓄、放热效率及相变材料利用率最佳,分别为51.0%、88.7%和93.9%。空气流速不宜大于1.6 m/s,在保证供暖效果的前提下可适当减小空气流速。     

肋片增强式梯级相变储热系统放热特性的三维数值

梯级相变储热技术已被证明是解决相变材料导热性能差的重要方法。已有的关于梯级相变储热系统的数值研究通常是基于一维或二维数学模型完成的,大部分的研究聚焦于系统的储热过程。本工作设计了一种肋片增强型三管式梯级相变储能系统,并建立了三维数值模型。然后研究了系统放热过程中各级PCM的性能变化规律,探究了传热流体进口温度和PCM初始温度对系统放热速率的影响规律。结果表明,在放热过程中,各级PCM相变不会同时发生,受到储热材料的相变温度和潜热的影响最大。传热流体进口流速的增大会提高相变材料的放热速率,但随着流速的进一步增加,放热速率的提高程度明显减弱。相变材料的初始温度对显热放热过程具有一定的影响,但对于潜热放热阶段影响较小。     

中温相变蓄热装置蓄放热性能的数值分析与实验研究

以所研制的相变温度为76℃的相变蓄热装置为研究对象,通过数值模拟和实验研究,对该相变蓄热装置的蓄、放热性能进行了模拟分析与实验验证。研究结果表明:所研究的相变温度为76℃的中温相变蓄热装置具有良好的蓄、放热性能,为在太阳能利用、工业废热利用以及暖通空调蓄热等领域的工程应用提供了可能。     

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.     

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...     

土壤高温储热热湿迁移过程的初步研究

初步建立了土壤高温储热热湿迁移过程的数学模型,并进行了数值求解.结果表明,土壤热湿迁移过程中的湿度场稳定时间明显滞后于温度场,且与土壤类型和水力传导特性等有关.对于水力传导性较差的土壤,在高温储热初期,靠近热源的地方容易产生湿份聚集,使得湿度曲线出现一个短期峰值.与低温储热相比,土壤高温储热时湿度迁移对温度场的影响较大,温度场呈整体降低趋势,降低幅度顺序为:砂土>壤土>粘土.在该文模拟条件下,粘土的热湿迁移过程对于初始湿度的变化不敏感,而砂土的热湿迁移过程则依赖于初始湿度,且影响程度随着初始湿度的增加而增大.     

相变贮热管管内强化传热的数值研究

以管壳式相变换热器为例,研究了肋片对增强贮热管管内传热的影响。建立了内部设置肋片的贮热管放热过程的数理模型,分析比较了不同的肋片参数,如肋片布置密度、长度及厚度等因素对贮热管放热效果的影响,并通过瞬态传热过程的计算,确定了与多种肋片布置方式所对应的相变贮热管的有效导热系数。     

加肋旋转对相变蓄热器蓄热性能的影响及场协同分析

建立加肋旋转的相变蓄热器模型,通过数值模拟研究不同转速下蓄热器的蓄热特性,并利用场协同理论进行相应的热分析.结果表明:加肋并旋转可显著提升相变蓄热器蓄热效果,缩短蓄热时间;通过提升转速可降低蓄热过程的场协同角,但过高的提升转速反而会使协同角增大,降低流动与换热协同性.从节能和场协同性角度综合考虑,不宜过高提升转速,转速...     

管壳式相变换热器贮热换热效果的数值研究

选取了一种典型的贮热管排列方式,壳侧走水,管侧填充相变材料.在此基础上建立了管壳式相变换热器对水流放热的数理模型,并据此模型对换热器放热过程进行了计算,根据计算结果分析比较了管内相变材料的有效导热系数、水的质量流率、人口水温、换热器长度对换热器整体性能的影响.通过对比换热器贮热量与同尺寸普通水箱的贮热量,分析了该型换热器相对于普通水箱的贮热优势.     

内通传热流体的圆管外相变材料的无量纲储传热准则的研究

建立了分析内通传热流体的圆管外相变材料储,储热特性的理论模型,并提出分析瞬态相变层厚度分布,传热流体轴向温度分布及圆管相变材料储,传热量的新方法：温度－固液界面移动交替迭代法,通过理论分析和数值计算,得到确定上述参数的无量纲公式,公式与数据点的平均拟合精度分别为０．３％、１．６２％和２．５％。准则公式计算值与相同条件下的文献值吻合,验证了本文模型、方法和结果的正确性。所得的无量纲公式不局限于某一种     

微重力下高温固液相变蓄热容器内空穴分布

高温固液相变蓄热容器是空间太阳能动力装置吸热—储热器的关键部件。作为相变材料(PCM)的氟盐在凝固时体积收缩很大，从而在PCM容器内形成空穴。空穴的存在增大了传热热阻，还可能使PCM容器产生“热斑”和“热松脱”现象。该文建立了微重力下基于焓法形式的二维数学模型和一个改进的空穴模型，提出了计算相变过程中空穴体积变化及空穴调整的算法。预测了PCM容器在一个轨道周期内的空穴分布。计算结果有助于解决PCM容器的“热斑”和“热松脱”问题。     

热储能系统相变材料多重相变问题的数值模拟——周期性加热冷却第三类边界条件

该文发展了二维非定常导热并带有多重相变运动边界问题的双倒易边界元方法。对一类热储能系统中，相变材料在周期性加热冷却第三类边界条件下出现的多重相变运动边界问题进行了模拟，得出了系统内部瞬态温度分布及相变界面随时间推进的变化图像。这项研究表明，双倒易边界元方法能够很好地处理这类问题，这类数值分析有助于热储能系统的优化热设计。