相变蓄热材料导热系数对太阳能通风墙性能的影响

通过对相变蓄热型太阳能烟囱模型通风蓄放热变化过程的计算,分析比较不同相变蓄热墙导热系数对太阳能烟囱性能的影响.计算结果表明:吸热板最大表面温度随着相变蓄热墙导热系数的增大越接近相变蓄热墙的相变温度;蓄热阶段,入口平均风速随着相变蓄热墙导热系数的增大而减小;放热阶段,入口平均风速随着相变蓄热墙导热系数的增大反而越大;相变蓄热墙导热系数越大,蓄热型太阳能烟囱系统16 h的累计通风量越高,但在导热系数增大到0.66 W·(m·K)^-1后,再增大材料导热系数,累计通风量几乎不再增加.     

相变蓄热水箱蓄热性能数值模拟研究

在封闭静止的蓄热水箱中添加相变材料可以增加水箱热容量、延长水箱升温时间。分别建立了有、无相变单元蓄热水箱的物理模型，利用有限体积分析法对蓄热水箱加热过程进行数值模拟，探讨了封闭水箱加热过程中相变单元的熔化规律和相变单元对水箱温升的影响规律。研究结果表明相对于纯水蓄热水箱，当蓄热水箱中加入占水箱容积9.05%（体积分数）的相变单元、其平均温升29 K时，蓄热水箱的整体热容量提高了25.58%，加热时间延长了1 100 s；蓄热水箱内只在垂直方向上存在热分层，导致含有相变单元的蓄热水箱较高位置处的相变单元先熔化，降低了较高位置处水的温升速率，使得相变蓄热水箱和纯水蓄热水箱的热分层剧烈程度存在差别；以最大温差值作为判断水箱热分层剧烈程度的依据，不同加热功率下相变蓄热水箱的热分层特征变化规律大致相同，但加热功率越大，热分层现象越剧烈。     

具有内置隔板的太阳能蓄热水箱运行参数研究

为改善顶部为半球形结构太阳能蓄热水箱的温度分层效果,对水箱在有无内置隔板两种情况下的8组运行工况进行了数值分析,结果表明:内置隔板对水箱内冷热水掺混程度的抑制作用、对水箱内温度分层的改善效果与流体的流动参数及温度密切相关;热水入口温度不变、增大冷水入口流速,水箱顶部与底部间温差逐渐增大,而水箱顶部热水区域逐渐缩小;提高热水入口温度、减小冷水入口流速,能改善水箱顶部区域温度分层效果.当热水入口温度提高到343K、冷水入口速度降低到0.2m/s时可得到最佳的温度分层效果并且能提供316.09K的最高温度热水;当热水入口温度提高到343K、冷水入口流速增大到0.8m/s时可获得水箱顶部与底部间最大温差值.从保证水箱供应热水温度和顶部热层稳定性角度考虑,本文所研究工况中冷水入口流速应控制在0.8m/s以下.     

相变蓄热水箱的性能优化模拟分析

采用COMSOL Multiphysics计算流体动力学软件建立相变蓄热水箱的数值模型,通过实验验证数值计算模型的准确性,并对相变蓄热水箱结构进行优化.分析不同环形金属隔板分层数和隔板厚度对相变蓄热水箱蓄放、热过程的影响.结果表明：在相变层内部设置的环形金属隔板可改善相变蓄热水箱的运行特性;蓄热过程中,环形金属隔板分层数和隔板厚度的增加有利于固态相变材料熔化,潜热利用率得到提升;放热过程中,增设环形金属隔板能使相变材料达到更低的固相比;厚度为5 mm的环形金属隔板对促进相变材料液化、维持水温的作用强于厚度为2,10 mm的环形金属隔板.     

基于太阳能集热水箱耦合相变蓄热器的分户供暖系统

太阳能热水器与相变蓄热材料耦合应用可有效提高太阳能集热水箱的效能,促进能源的优化配置。该文提出了一种与太阳能集热水箱耦合的相变储能系统,并进行储能材料的测试和分户供暖系统的模拟分析。首先提出了储能系统的制作方案及其与太阳能集热水箱供暖系统的连接方式。利用DSC对石蜡进行测试,选定46#石蜡作为系统的相变蓄热材料;采用数值模拟软件FLUENT对含有相变蓄热器的集热水箱和不含相变蓄热器的普通集热水箱（直接进水）的释能工况进行数值模拟。数值模拟结果表明集热水箱加入相变蓄热器,一方面相变储存罐堆积起到了散流作用,另一方面冷水进入水箱中通过相变储存罐的外围时,经过相变储存罐的放热作用,相变储能模块对冷水有一定的加热作用。加入相变蓄热器改善了释能过程的水箱内热分层效果,提高了进入水箱的释热总量,在流量为10L/min时,相变蓄热水箱的释热效率比普通集热水箱的释热能效率高12%,系统设计两台大容量的太阳能蓄热水箱,轮流供热,系统通过管道分水器,分户供热,管道分水器的每个出水端分别设置有流量控制阀,实行计量使用,这样更能有效的节约水资源。     

高温壳管式相变蓄热器的数值模拟和优化

在太阳能热发电系统的实际应用中,相变蓄热技术可以克服太阳能受环境因素影响的缺点和提高系统的可靠性和容量。建立了单级高温壳管式相变蓄热器的二维物理和数学模型。基于焓法模型采用有限容积法数值模拟相变蓄热材料的固-液界面位置和温度随时间变化情况,分析了空气入口温度对熔化时间的影响。拟合出熔化时间与入口温度的函数关系式。讨论了空气出口温度的变化规律。研究结果表明:空气的最佳入口温度和流速分别为1 025 K、2.04 m/s,对应的熔化时间为6 887 s。研究结论对高温壳管式相变蓄热器的优化设计和节能运行具有重要的理论指导价值。     

自然对流对方腔内相变石蜡熔化蓄热的影响

相对于传统材料,基于潜热储能的相变材料具有更高的储热效率。为了研究方腔内相变材料的蓄热机理,基于Boussinesq假设修正满足于相变过程的动量方程,并建立底边加热下相变材料熔化蓄热的流-固-热三场耦合计算模型。采用有机相变石蜡材料,开展底部恒定温度下的石蜡熔化蓄热试验,验证计算模型的正确性。结果表明,整个相变石蜡熔化过程是由热传导和自然对流传热两者共同主导的。在熔化初期,熔化前缘基本与加热面平行,热量传输主要由热传导提供。当液相层厚度大于2mm后,自然对流传热效应逐渐被激活,加速熔化速率,并形成不规则的融化前缘。根据熔化前缘与液相流动特征,可将整个熔化过程分为热传导、稳定增长、过渡及紊流四个阶段。此外,液相自然对流传热对相变石蜡的熔化蓄热效率提升存在显著的尺寸效应,并随方腔尺寸增加而加剧。当方腔尺寸小于2mm时,自然对流的提升效率不足1%,此时可忽略不计。     

相变材料对家用水箱性能的影响及相变层厚度优化

基于相变蓄热水箱的发展现状,结合家用生活热水系统相关设计规范及标准,对相变水箱的结构进行了设计,并采用有限元软件对相变水箱的性能进行了模拟研究.首先建立了相变水箱的数值计算模型并利用实验数据验证模型的准确性;在此基础上,通过蓄放热阶段水温响应特性、相变材料温度及液相比等参数,对相变水箱的蓄放热特性进行了研究;另外,比较分析了不同相变层厚度参数对相变水箱蓄放热过程的影响,并对相变材料的用量进行了优化.结果表明,对于家用水箱,增设相变材料层可以延长水箱蓄热过程;在水箱放热过程中,放热时间随着相变层厚度的增加呈现先延长后缩短的变化趋势;与其他相变厚度的模拟工况相比,相变层厚度为30 mm时,水箱的释热性能最佳,放热时间较普通水箱增加10％左右,且维持水温处于较高温度的时间有所延长.可见相变材料的蓄放热特性直接影响着家用水箱的性能,寻求相变材料的最优用量可为相变水箱的设计及实际应用提供参考.     

太阳能螺旋槽管相变蓄热器强化传热性能研究

针对太阳能利用过程中的蓄热储能问题及螺旋槽管换热器的优点,将螺旋槽管引入太阳能相变蓄热器中,并对蓄热器的蓄热过程进行了数值模拟。首先以光滑管蓄热器为例实验验证了该模拟方法和所用模型的可靠性,进而以螺旋槽管为水流管道、相变材料为蓄热介质,利用Gambit 建立三维蓄热器模型,应用ICEM对几何模型进行网格划分,运用流体计算软件Fluent模拟计算螺旋槽管和光滑管相变蓄热器的蓄热过程,考察螺旋槽管的强化传热效果。模拟计算螺旋槽管蓄热器不同槽纹节距和槽深等结构参数对蓄热器蓄热过程的影响,并对其影响规律进行了分析。结果表明,螺旋槽管代替光滑管用于太阳能相变蓄热器,可有效提高相变蓄热过程中的对流换热强度和传热能力,缩短蓄热时间,在模拟范围内,得到的最佳螺旋槽管结构参数为节距p=7 mm,槽深e=0.4 mm。螺旋槽管传热性能良好,对其深入研究有望进一步改进相变蓄热器的设计方案。     

多孔泡沫金属换热器内流体流动和传热的均匀性分析

在恒定热流密度条件下,对单相流体分别强制轴向层流流经多孔泡沫金属换热器管内、外的流动和对流传热的均匀性进行了分析.结果表明:填充多孔泡沫金属后,流体的速度和温度分布的均匀性比光管时明显提高.对于壳程区域的全角点管间区域与内部管间区域,多孔泡沫金属的孔隙率越大,两者间平均流速的差异越大,对流换热的差异越小;多孔泡沫金属的ppi数越大,两者间的平均流速和对流换热的差异越小;管间距越大,平均流速的差异越小.     

三重同心套管相变传热的数值模拟与实验研究

通过数值模拟与实验,研究了三重同心套管内的相变传热过程。相变材料填充在三重同心套管的夹层内,热流体和冷流体分别在套管外层和内层中流动。根据能量守衡,运用了一种简化数值模拟方法(称为温度热阻叠代法)计算分析了三重同心套管内凝固过程。搭建了实验台,实验验证了数值模拟结果,并得出冷流体的入口温度及流量对释热量的影响规律。     

含相变储热的喷射式热泵系统模拟与优化研究

为了实现热电解耦,有效提高可再生能源利用率,将相变储热技术应用于热泵系统中,构建含相变储热罐的跨临界CO2喷射式热泵系统。首先,建立储热装置的数学模型,采用Modelica非因果建模语言在Dymola平台对系统储热过程进行模拟,获得相变储热罐的温度分布、瞬时储热量、系统COP等储热特性。同时对比了常规储热水箱、PCM储热罐与PCM-水多级储热罐的理想储热量、设备体积、储热性能等,详细分析相变储热热泵系统的优势,为促进其实际应用提供参考。此外,提出基于模型的单目标与多目标优化策略,采用遗传算法对系统的性能进行优化,得到最优设计参数和运行参数,与优化前相比储热过程的系统COP提高了28.73％,有利于系统的高效运行,为改进和优化系统性能提供了依据。     

基于太阳能的原油储罐加热系统数值模拟

分析基于太阳能的原油储罐加热系统的应用前景.分析其传热过程,建立基于太阳能的原油储罐加热系统数学模型,将太阳能简化为集热板平面的温度分布,利用CFD软件对其进行数值模拟.研究结果表明:(1)由于水温分布的不均匀性造成的密度差成为水由水箱流向储罐内输水管进行流动加热原油的动力.(2)经长时间加热,原油储罐内的温度有所提升...     

直接接触固液相变制冰及冰蓄冷系统的研究进展

综述了直接接触固液相变制冰、强化制冰的方法及冰蓄冷系统的研究进展，考虑到目前对蓄冰技术相关的固液相变传热问题的研究与发展现状，提出了一些有待研究解决的问题     

太阳能热水器内部流动性能正交模拟

研究全玻璃真空管式太阳能热水装置内部的流动性能,分别针对有无反光板和具有不同长径比、倾斜角度以及集热管插管深的直流全玻璃真空管式太阳能热水器进行仿真模拟,以不同进口温度、质量流量以及输入热流模拟热水器的各种试验工况。采用正交试验效应计算方法,定量分析对集热管内循环流速、停滞区比值、漩涡数等流场指标起主要影响作用的因素。结果表明:对集热管内循环流速影响最大的是集热管下表面热流(约占绝对效应总和的26%)以及水箱入口温度(24%)。对集热管内停滞区比值影响最大的是集热管下表面热流,占25%,其次为集热管偏离垂直方向的角度,占15%。水箱入口初温和集热管长径比是对集热管内漩涡数影响最大的2个因素,分别占绝对总效应的36%和29%。因此等权重衡量各因素对集热器3个流场指标的影响差异,未来热水器结构改进的方向渐次为:增加反光板,减小长径比,降低入口温度,增加入口质量流速,增大倾斜角度,增加选择性吸收涂层吸收比,进而增加上表面热流,最后减小集热管插入深度。     

蓄热型太阳能喷射制冷系统供冷性能分析及优化

为提高蓄热型太阳能喷射制冷系统的供冷性能,利用TRNSYS软件,建立蓄热型太阳能喷射制冷系统瞬态仿真模型.结合太原市某公共建筑的逐时冷负荷,分析集热侧循环水流量和蓄热水箱容积对系统供冷特性的影响.结果表明:随集热侧水流量、水箱容积的增大,系统在连续5 d中的平均输出冷量均呈现先增后减的趋势;集热侧水流量和蓄热水箱容积与集热器总面积的最佳比例分别为0.005 kg·(h·m²)^-1和0.02 m³·m^-2.     

热泵型蓄能空调蓄热性能测试及经济性分析

根据蓄能空调系统自身的特点,建立了蓄能空调的蓄热装置(双盘管蓄热水槽)蓄热过程的物理模型并结合蓄能槽的结构特点进行机组性能测试及能耗分析。结果表明,采用将释热盘管安装在蓄热槽上部并将释热盘管的直径设计为小于蓄热盘管直径的方法,可以使释热过程更加有效进行,并能改善传统单盘管分层严重的现象。在测试冬季三种运行工况性能系数均值的基础上,通过建立投资回收期模型的数据分析,得出其具有良好的经济效益。     

带相变储能的太阳能热水系统分析

提出相变材料(PCM)+水的太阳能联合储能方案,将其应用于24 h供热水的传统太阳能加电辅热热水系统中,建立PCM+水联合储能的数学模型。将该系统应用于昆明地区的情况进行全年模拟分析,对比有无PCM时储热水箱中水温的变化、热损失及电辅热耗电量。结果表明PCM联合储能的热水系统,储热水箱中水温波动小;即加入PCM联合储能对水箱中水温有"削峰填谷"的作用,热损失和电辅热耗电量均减小,全年节电率达17.7%。分析了相变温度与PCM体积比(PCM体积与水体积之比)对水箱储能性能的影响,给出了水箱储热性能随相变温度和相PCM体积比变化的规律及其选取范围。