太阳能蓄热水箱结构优化及储放热性能分析

显热储热是解决太阳能热利用中不稳定与波动性的一种有效方式。以常见水介质作为显热储能的媒介材料,采取蓄热罐体装置实现太阳能的储放热应用。初选水箱基本形状为圆柱形,对罐底进行锥形结构优化,探究了圆锥底角分别为40°、45°、50°3类工况下蓄热水箱的各自蓄热变化特性。利用Fluent数值软件,基于非稳态层流换热模型,对蓄热装置的体平均温度变化和体最大温度变化等进行了模拟研究。结果表明,当圆锥底角为50°时,蓄热水箱整体充放热性能较优,且该参数下蓄热水箱体平均温度为308.612 K时,比圆锥底角为40°与45°的蓄热水箱体平均温度分别高出0.202%与0.053%。在此基础上,进一步分析了50°蓄热水箱的储热与放热动态变化规律,研究了蓄热水箱内部储、放水过程中各自体积分数、速度场等关键指标的分布特性。该研究可为太阳能蓄热系统的优化设计与工程化应用提供一定参考。