相变潜热储能堆积床蓄热放热性能的数值分析

建立了相变蓄热球体堆积床热性能的传热模型,应用焓法计算了蓄热体内部的相变过程,得到了蓄热体在同一点各时刻及同一时刻各点的蓄热与放热性能曲线图,分析了多种因素对蓄热放热性能的影响,为相变蓄热球体堆积床的性能分析提供了理论指导,为其在空调中的应用奠定了基础.     

颗粒型固-固相变材料堆积床蓄热与放热实验

对季戊四醇的固体颗粒堆积床相变蓄热和放热特性进行了实验研究.实验结果表明:在开始加热时,空气进口段堆积床的温度上升比较快,随着蓄热的进行,温度升高减慢;当季戊四醇的温度达到相变温度时,出口温度基本保持不变.当开始放热时,堆积床进口处蓄热材料的温度下降较剧烈,后段温度下降很缓慢.随着时间的增加,蓄热床内各点的温度均下降,并出现中段温度高、两侧温度低的现象.在实验中观察到明显的升华现象.     

随机堆积床内甲烷/空气预混燃烧过程的数值模拟

通过离散元软件LIGGGHTS重现球体的重力堆积过程,建立三维随机堆积床几何模型.利用大涡方法结合双温度模型以及EBU-Arrhenius燃烧模型,模拟了甲烷/空气预混气体在堆积床内预混合燃烧过程.通过将模拟结果与实验数据对比验证了模型的有效性,在此基础上对随机堆积床内部的火焰分布结构、火焰面形状及温度分布规律等进行了分析.模拟结果表明:在燃烧后期,堆积床内的小球温度要高于同一高度上气体的温度,这体现了多孔介质良好的蓄热能力;壁面与轴线间的火焰面高度差远远小于无多孔介质的管内燃烧情况,表明随机堆积床可以通过分割火焰来提高燃烧的均匀性和稳定性.     

热风式相变蓄热建筑热特性研究

文中设计、加工了一种热风式相变蓄热板,布置在建筑墙体内侧,应用于建筑采暖系统中。实验测试和分析了基于相变蓄热板的模型房间换热特性,在TRNSYS软件中搭建相变蓄热房间的动态热模型,模拟得到相变蓄热房间热特性的变化规律。结果表明,安装有相变蓄热系统的房间平均温度高出普通房间4~5 ℃,说明该相变蓄热系统可以提高房间温度,改善房间的热舒适性,建立的相变蓄热系统动态热特性模型能较好地预测温度变化过程,为太阳能热风式相变蓄热建筑设计提供了参考。     

定形相变材料蓄热地板电采暖系统热性能

蓄热式电采暖系统可以利用夜间廉价电供热.建立了分析定形相变材料蓄热地板电采暖系统热性能的理论模型,通过与实验结果比较,验证了此模型和程序的正确性.藉此模型分析了系统各因素对其热性能的影响,及该类系统在不同气候地区的应用可行性和整个冬季的电加热控制方法.结果显示,在保证相变材料用量足够时,可通过改变相变温度和空气层厚度,设计或控制此系统热性能; 在不同热负荷建筑中,通过合理设计,此蓄热采暖系统可取得较好效果; 应用控制地板加热面积的方法,可使整个采暖季的室温基本保持在人的热舒适范围内.     

高温套管式熔融盐相变蓄热器蓄热性能实验研究

为揭示高温熔融盐相变蓄热器的蓄放热特性,并进一步提高其蓄热性能,搭建了高温梯级熔融盐相变蓄热实验台(最高蓄热温度可达800℃),对高温套管式熔融盐相变蓄热器开展了蓄/放热性能实验研究。首先选择蓄热性能优良的二元碳酸盐作为高温相变蓄热材料,测试了其热物性;其次实验研究了高温套管式熔融盐相变蓄热器的总蓄/放热时间、平均蓄/放热速率以及蓄热效率等蓄/放热性能。结果显示:相变蓄热材料的熔化过程存在着非均匀性;在放热过程中,位于不同位置的相变蓄热材料存在着不同程度的过冷现象。最后,实验研究了在熔融盐侧添加环形肋片对高温熔融盐相变蓄热器的蓄/放热性能的强化效果,以及空气温度、质量流量等运行参数分别对光管和肋片管相变蓄热器总蓄/放热量、平均蓄/放热速率以及蓄热效率的影响。结果显示,在添加肋片后,相变蓄热材料温度分布更加均匀,蓄热过程结束时相变蓄热材料的最大温差由51.1℃下降到43.2℃,下降了15.4%,高温相变蓄热器的平均蓄热速率与平均放热速率分别增加了6.8%和9.1%。实验结果可为后续高温梯级熔融盐相变蓄热器的性能研究以及实际应用提供参考。     

太阳能热发电用高温相变蓄热器的数值模拟

对采用单级相变材料(PCM)蓄热的太阳能热发电用高温相变蓄热器的蓄热过程进行了数值模拟。得到了采用单级蓄热时熔化过程中PCM温度和液相率随时间的变化曲线及不同时刻液相率的分布云图。通过对曲线和云图的分析,在保证蓄热量的前提下,提出了采用3种PCM级联蓄热的高温相变蓄热器的设计方案,并对其蓄热性能进行了模拟。结果表明,采用级联蓄热的方案减小了蓄热的总时间,且有效地降低了单级蓄热末期"死区"对蓄热性能的影响,使PCM的液相率分布更加均匀,为太阳能热发电用高温相变蓄热器的优化设计提供了理论依据。     

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。     

定形相变材料的热性能

定形相变材料在蓄热采暖领域有重要应用。分别用低密度聚乙烯和高密度聚乙烯为支撑材料制备了定形相变材料,分析了材料的均匀性和稳定性,讨论了材料中石蜡掺混比例的临界值,利用电子扫描显微镜、DSC2910差示扫描量热仪研究了其理化结构及热性能,并将定形相变材料与混凝土掺混,研究了其热性能。实验结果表明:高密度聚乙烯更适合做支撑封装材料,材料热性能和稳定性较好;定形相变材料和混凝土搀混后材料的单位体积蓄热量也有相当提高。     

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.     

板式相变储换热器的储换热准则

为提高蓄冷系统的功效,建立了分析板式相变储换热器储、换热性能的理论模型,采用温度—相变界面迭代法分析了相变界面和流体温度随时间和位置的变化规律,讨论了当传热流体为气体时,在气体侧加肋片后的强化换热效果,得到了相变界面、蓄冷量和流体温度的量纲一的公式,它们不局限于某一种相变材料或工况,对板式相变储换热器的设计和性能优化具有普适的指导意义。     

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。     

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.     

饱和一元脂肪醇类相变材料的蓄热特性

以探索饱和一元脂肪醇作相变蓄热材料的可能性为目的,文中选择十八醇进行了量热学的实验研究。基于提出的凝固点和过冷度研究方法,由试验测得十八醇的凝固点为57.12℃ ,过冷度为0.01℃。十八醇的相变热为242.85J/g。另外,经50次冷热循环,十八醇凝固点与相变热的偏差分别为0.26 %和0.18%。上述结果表明十八醇为相变热大、过冷度小、热稳定性良好的相变材料.     

泡沫石墨作为相变储能材料填充物的研究

以石蜡为相变材料、泡沫石墨为支撑结构,文章利用泡沫石墨的多孔吸附特性,采用多次真空灌注方法制备了泡沫石墨/石蜡复合相变储热材料。采用Hot Disk热常数分析仪和差示扫描量热分析(DSC)对复合相变储热材料的热性能进行了表征。结果表明,石蜡充分吸附到泡沫石墨的蜂窝状微孔中,泡沫石墨的填充极大地强化了相变材料的导热能力;复合相变储热材料的相变温度与石蜡相似,其相变潜热与基于复合材料中石蜡含量的潜热计算值相当。设计了储能过程实验,并与纯石蜡试件进行了对比;储热性能测试结果表明,复合相变储热材料的储热速率比纯石蜡有了极大的提高。     

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。     

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。     

纤维复合相变蓄热材料的固/液界面模拟及分析

按单元结构相似的理论设计了蓄热材料相变传热的物理模型,采用焓法理论和有限差分法建立了一种求解此物理模型传热特性的三维数学模型,利用软件计算结果研究了纤维复合相变材料凝固过程中固/液界面的移动规律及其放热特性,并用摄影法和测温法对纤维相变材料的凝固特性进行了实验论症,其结果与理论计算结合吻合,从而证明了本文所提出的数学模型的正确性,为实用的纤维复合相变材料蓄热器的设计提供了指导性的数学工具。     

螺旋管式相变蓄热过程的数值模拟与系统优化

对地源热泵供热系统中,利用低谷电蓄能的相变蓄能装置进行研究,以提高供热系统的经济性．在研究中对相变材料蓄热装置结构进行改进,提高了相变材料蓄热能效．利用相变材料能量守恒原理,确定合理的边界条件,对蓄热工况的传热过程进行了三维数值模拟优化．模拟结果显示,当蓄热初始条件相同时,不同装置结构中相变材料发生相变的程度会不同,出现死区的面积也不同;结合相变材料传热特性和过程,通过改进装置结构,采用螺旋管中间连通直管段的圆柱体蓄热装置,改善了蓄热效果,解决了相变材料熔化过程存在死区的问题,相变材料熔化率由原来的72％提高到93％,蓄热总量有了明显提高．同时还对采用低谷电蓄热、高峰用能放热的经济性进行了分析．结果表明采用相变材料蓄热可充分利用谷电,节约运行成本,具有良好的经济性．