熔融盐斜温层混合蓄热单罐系统及其实验研究

经济型的蓄热系统设计对聚焦式太阳能热发电的市场竞争力影响效果非常明显,一个比较有效的方法就是采用斜温层蓄热。在斜温层蓄热单罐设计理念的基础上,提出了一种熔融盐斜温层混合蓄热单罐系统,该单罐的中段为斜温层显热蓄热,上部为高温壳管式相变换热器,下部为低温壳管式相变换热器。斜温层保障高低温熔融盐液在同一单罐内上下隔开,而高、低温壳管式相变换热器既增加了蓄热容量,又简化了熔融盐液的注入和出料结构。初步实验测定了该混合蓄热单罐系统的有效蓄热量,证实了其斜温层在放热与吸热循环运行中能稳定保持,并表明了该系统具有潜在的应用前景。     

导热油砂石填充床单罐斜温层同时蓄放热特性模拟

针对应用于高温储热场合的导热油砂石填充床储热,建立物理数学模型,采用数值模拟方法,重点探究在稳定热源和非稳定热源同时蓄放热工况下,蓄放热出口温度、斜温层厚度等参数。研究发现：传统蓄热罐同时蓄放热后期,换热功率较小,蓄热出口温度上升较慢;当蓄热罐内部传热工质结构相同时,净蓄放热流量越小,蓄热出口达到稳定的用时越长;同一净蓄热流量下,传统蓄热罐运行过程中斜温层厚度远远小于填充床蓄热罐运行时斜温层厚度;以热源为方波形式的周期性蓄热过程探究非稳定热源同时蓄放热。由于周期叠加性的影响,各工况每周期结束后放热出口温度上升,蓄热罐内斜温层的厚度逐渐增大,放热出口温度呈现周期性波动。     

多孔介质蓄热过程中的非热平衡温差分析

蓄热技术是可再生能源大规模工业化应用的有效手段,可以稳定热能的连续供应和延长工作时间,应用于太阳能高温热发电中的单罐斜温层蓄热系统越来越受到重视。文章从非热平衡理论和数值计算方面对蓄热过程中传热流体和蓄热固体的温差进行了研究,分析了蓄热过程中高温熔盐的流速、蓄热球颗粒直径等参数对两相之间温差的影响。结果表明熔盐流速或颗粒直径越大,则温差越大,局部非热平衡越明显。     

分户式低谷电蓄热供暖系统的蓄放热特性

提出基于相变材料（PCM）的分户式低谷电蓄热供暖系统,通过数值模拟及实验研究对其蓄放热特性和供暖性能做出全面评价。采用Fluent对相变蓄热供暖系统的蓄放热过程进行了数值模拟,分析了不同入口风速、不同入口风温和不同种类蓄热材料等因素对蓄热供暖系统放热性能的影响,通过实验研究验证了模拟工况的正确性。结果表明,入口风速对系统放热性能的影响较大,随着入口风速的提高,系统平均出风温度降低,瞬时供暖负荷增大;入口风温对系统放热性能的影响微弱;复合相变材料（CPCM）由于具有更高的热导率,比纯十二水硫酸铝铵更加适合作为相变蓄热供暖系统的蓄热介质。本文设计和研究的分户式低谷电相变蓄热供暖系统具有良好的蓄放热能力,可为相变蓄热在低谷电利用场景作出有益参考。     

砂砾用于太阳能斜温层罐填料的蓄热特性

建立了间接接触式显热蓄热实验台,对不同粒径的砂砾用于太阳能显热蓄热斜温层单罐填料的蓄热特性进行了研究.实验台蓄热装置为一圆柱形罐体,内部按六边形蜂窝状布置了19根不锈钢管.选用空气作为换热流体,流经钢管内部通道传热,钢管外部用于与罐体内的砂砾相接触.选取了4种砂砾:细砂、中砂、滤砂和粗砂进行实验.结果表明,空隙率是影响砂砾蓄热性能的重要因素,而不是密度或粒径.其中,粗砂空隙率最低,蓄热效果最好.对于砂砾等基本物性变化不大的材料,不同蓄热温差下,蓄热效果相同.采用空气作为换热流体,蓄热效率较低,需要降低空气流速或者加长管段以强化换热.实验结果与二维简化数值模型进行对比,结果吻合良好,该模型可用于进行大型蓄热罐蓄热性能研究.     

熔盐单罐释热过程换热器取热方式优选

盘管释热换热器浸没式布置在熔盐单罐蓄热器内可实现低成本的蓄放热。盘管换热器取热方式会直接影响系统的释热性能。通过数值模拟研究了换热器取热方式对单罐蓄热系统释热性能规律的影响，同时分析了释热过程中熔盐侧流场变化。结果表明，换热器上进下出的取热方式能够提高盘管换热器的出口温度、单罐释热功率及释热效率，研究结果为熔盐单罐蓄放热系统设计提供了理论依据。     

熔盐单罐释热过程换热器取热方式优选

盘管释热换热器浸没式布置在熔盐单罐蓄热器内可实现低成本的蓄放热。盘管换热器取热方式会直接影响系统的释热性能。通过数值模拟研究了换热器取热方式对单罐蓄热系统释热性能规律的影响,同时分析了释热过程中熔盐侧流场变化。结果表明,换热器上进下出的取热方式能够提高盘管换热器的出口温度、单罐释热功率及释热效率,研究结果为熔盐单罐蓄放热系统设计提供了理论依据。     

蜂窝陶瓷蓄热体的热应力研究

建立蜂窝陶瓷的正六边形单通道数学模型,利用CFX流体计算软件,对蜂窝陶瓷在蓄热和放热时的温度分布规律进行了研究,并将数值计算结果与实验结果进行了对比分析,来验证仿真计算结果的可信性。计算分析了不同入口速度以及相同入口条件下不同时刻蜂窝陶瓷的热应力分布情况,结果表明,蓄热体的入口速度越大,应力越大;相同入口条件下,拉应力在蓄热体两端较大,中间较小。     

壳管式潜热蓄能系统换热特性

针对目前石蜡潜热蓄能系统效率低下的特点,构建了石蜡/膨胀石墨混合相变材料的潜热蓄能系统,研究了其蓄/放热特性,并与纯石蜡相变材料系统进行了对比分析,讨论了不同换热流体流量下的蓄/放热过程的时间周期。用焓法处理相变区域,对该潜热蓄能系统的整体蓄热过程进行数值模拟。研究结果表明,对于石蜡／膨胀石墨复合相变材料,其导热性能较纯石蜡有很大提高,但由于添加了膨胀石墨而减弱了蓄热中石蜡的对流换热。流量提高对蓄/放热速率有明显的改善。焓法模型能全面反映蓄能系统的换热与流动特性,数值计算的结果与实验数据吻合较好。     

铝制肋板式相变蓄热器蓄／放热特性的试验研究

介绍了一种新型铝制肋板式相变蓄热器,并以萘作为蓄热材料对其蓄／放热特性进了测试。分析了热流体的入口温度与流量对蓄热器蓄／放热特性的影响,以及蓄热器放置方式对蓄热器蓄/放热效果的影响。结果表明,肋板在蓄／放热过程中发挥了重要的作用;热流体的入口温度与流量对蓄／放热速率有重要的影响;蓄热器的性能采用竖直放置比水平放置更优。     

温度分层对小型熔盐单罐释热过程影响

为了探究温度分层对小型熔盐单罐释热过程的影响,对释热前单罐内熔盐有、无温度分层两种工况下的释热过程进行了实验研究。通过对隔板内外侧熔盐温度、换热器出口处水温、释热过程累积释热效率等参数进行分析发现：释热过程中维持熔盐稳定的温度分层是提高单罐释热效率的关键因素,而浸没式换热器取热时产生的扰动会破坏熔盐温度分层,影响释热效率,需要对其进行优化。研究结果为内置浸没式换热器的小型熔盐单罐系统的优化提供了有效依据。     

低熔点熔盐蓄热罐内温度分布与散热损失实验

为了研究熔盐蓄热罐内的温度分布变化与散热规律,采用课题组搭建的槽式聚光熔盐集热、传热与蓄热实验台中的熔盐罐作为实验装置,通过加热、内循环及冷却等实验,得到了罐体在各运行状态下的温度分布数据,并分析拟合得到了自然冷却降温阶段熔盐罐散热功率随时间和温度的变化曲线。实验结果表明：加热时,加热器下部熔融盐出现明显的温度分层现象。混合均匀后的冷却降温过程,熔融盐基本不出现温度分层现象。     

流体参数与隔板结构对太阳能蓄热水箱性能的综合影响

为了探寻综合性能最优的蓄热水箱结构,以半球形顶圆柱体水箱为研究对象,通过改变内置水平隔板上开孔的面积、数量及位置,得到13种不同的隔板结构,数值分析了不同冷水入口流速对水箱内温度场和流场的影响特征。结果表明：水箱内置隔板上的不同开孔方式对冷热水混合过程的抑制效果存在差异,本文开孔方式2对用户侧用水量变化的适应性较强。隔板开孔面积不变,增大冷水入口流速或增加开孔数量均能有效提高水箱蓄热量;冷水入口流速不变,在较小的总开孔面积条件下减小各小孔定位圆直径可有效提高水箱蓄热量,6^#水箱蓄热量最大。过高、过低的冷水入口流速均不利于形成良好的温度分层,11^#水箱的温度分层效果最佳。     

Numerical study of transient heat transfer performance for molten salt receiver tube

The heat transfer experimental system and mathematical model of receiver tube are established to analyze the transient heat transfer performance of molten salt with heat flux of outer wall sudden change, molten salt velocity sharp reduction, heat flux of outer wall and molten salt velocity sharp reduction at the same time. The results show that when the heat flow on the outer wall of the tube changes suddenly (sudden increase or decrease), the temperature of the molten salt in the center of the tube at the inlet section of the heat absorption tube changes less, but the temperature of the tube wall changes faster. When the molten salt velocity sharp reduction, the outlet temperature of molten salt and the outer wall temperature increase with time, but the difference of outer wall and inner wall temperature decreases at first and then increases, when t≥16.0 s, each temperature and temperature difference reach steady state. When the heat flux on the outer wall of the heat absorption tube and the molten salt flow rate in the tube are halved at the same time, the temperature of the molten salt in the center and the outlet of the tube rises first and then decreases with the passage of time. After the steady state, the two molten salt temperatures maintain a constant value and are compared with the transient state. The corresponding molten salt temperature is close to initial starting temperature. The difference of outer wall and inner wall temperature after transient stability is proportional to the heat flux of outer wall, but which is independent of molten salt velocity. The outlet temperature equation of molten salt in receiver tube after transient stability is obtained, which provides a theoretical basis for the outlet temperature control of molten salt in receiver during the transient heat transfer process.     

熔盐吸热管瞬态传热特性的数值研究

建立熔盐吸热管瞬态传热的实验台和数值计算模型,分析管外壁热通量突变、熔盐流速突减、外壁热通量和熔盐流速同时突减对吸热管瞬态传热特性的影响规律,结果表明：管外壁热通量突变（突增或突减）时,吸热管入口段的管中心熔盐温度变化较小,但其管壁温度变化较快。管内熔盐流速突减时,熔盐出口温度和管外壁温度均随时间的推移逐渐增大,而管外壁与管内壁温差随时间的推移先降低后升高,t≥16.0 s,各温度和温差基本稳定。吸热管外壁热通量和管内熔盐流速同时减半时,管中心及出口熔盐温度均随时间的推移先升高后降低,稳态后两处熔盐温度保持定值且与瞬态开始前对应熔盐温度接近。吸热管瞬态稳定后的管外壁与管内壁温差和管外壁热通量变化呈正比,与熔盐流速变化无关。得到瞬态稳定后吸热管熔盐出口温度表达式,为瞬态传热过程中吸热器熔盐出口温度控制提供理论依据。     

泡沫金属在熔盐相变蓄热中的强化传热特性

搭建了熔盐蓄热特性实验平台,开展相变蓄热过程传热特性实验研究。建立了蓄热容器二维轴对称、瞬态固液相变数学模型,相变过程模拟采用Solidfication & melting模型,相变区域采用Boussinesq近似,对比了纯硝酸盐蓄热工况和填加泡沫金属后蓄热工况数值模拟结果。采用实验与数值模拟相结合的方法,重点分析了泡沫金属对熔盐蓄热过程的强化传热作用。结果表明,填加泡沫金属能够有效提高熔盐换热速率,泡沫金属孔隙率越小强化蓄热效果越显著。泡沫铜的热导率较高,相对于泡沫镍和泡沫铝有更好的强化传热效果,蓄热速率是纯硝酸盐蓄热的1.6倍。在相变蓄热后期自然对流换热占主导地位,此时泡沫金属会抑制自然对流。同时,填加的泡沫金属越靠近容器中心位置,对自然对流抑制作用越强,蓄热性能越差。     

储热型太阳能供暖系统热输送全过程特性研究

研究了基于低温辐射散热的储热型太阳能供暖系统。分析了平板热管型太阳能集热器的集热特性和相变储热材料的吸/放热特性,揭示了相变储热单元温度场不均匀度的变化规律,测定了相变储热单元的热传输速率及系统的太阳能综合利用能力,优化了毛细管网运行条件,讨论了系统经济性。结果表明：平板热管型太阳能集热器热损系数为5.5447 W/（m²·K）,截距效率为86%;相变储热材料熔点及相变焓分别为55.69℃、163.09 J/g;相变储热单元温度场不均匀度在储热/放热阶段的变化趋势基本一致,平均储热速率和放热速率分别为1.829、1.803 MJ/h;系统的太阳能综合利用能力为0.2132;毛细管网的最佳进口温度和散热温差分别为36、8℃;系统初投资和运维成本分别为225.8、4.28元/m²,静态投资回收期为8.7年。     

熔盐储热材料比热容强化的研究进展

强化熔盐材料比热容可以有效增强熔盐材料的蓄热能力,减小蓄热系统面积及热损失,进而降低蓄热成本,是近年来中高温储能领域的研究热点。本文主要从熔盐储热材料比热容强化的必要性、强化方法和强化机理等方面综述了近年来熔盐传热蓄热材料比热容强化的研究进展。具体阐述了添加可溶性添加剂和掺杂异质纳米颗粒形成纳米流体两种强化熔盐比热容的方法及目前存在的问题,重点探讨了熔盐纳米流体的制备方法、异质纳米颗粒体系、强化效果及比热容强化机理等问题。此外,指出了当前利用纳米流体强化熔盐储热材料比热容方面存在的不足：研究体系单一、悬浮稳定性差和比热容强化机理不完善等,并对熔盐纳米流体的未来发展方向,即多体系熔盐纳米流体的开发,多手段比热容强化机理的揭示和多方法熔盐纳米流体物性的测量进行了展望。