梯级相变蓄冷换热器的性能分析及优化

为了提高相变蓄冷装置的换热性能以及蓄存的冷量品位,设计了一种梯级相变蓄冷换热器.基于焓法对该换热器建立数学模型,通过实验验证了该模型的可行性,并且对其换热过程进行了模拟仿真.根据其换热特性,以蓄冷时间及冷量效率为指标,对该换热器进行了优化分析.结果表明,在7℃进水,平均流速为1mm/s工况下,相变温度为12.3、13.0和13.3℃的3种相变材料按照1∶1∶1的组分比排列时,该换热器性能最佳.其效率为72.2%,蓄冷完成时间为160.4min;与相变温度为13.0℃的单一相变蓄冷器相比,效率和蓄冷速率分别提高了1.2%和1.7%.     

螺旋管式相变蓄能换热器的蓄冷特性

将螺旋管式相变蓄能换热器应用于太阳能-空气源复合热泵系统中,搭建了该系统的蓄冷试验台并进行蓄冷实验。通过实验测得了系统各测点的蒸发压力、冷凝压力以及所研究的相变蓄能换热器内部换热材料的温度。通过理论计算得出各环节的能量以及COP,并且绘制出了这些参数随时间变化的趋势图。最后分析了整个蓄冷实验过程中各个参数的变化规律和影响因素,总结了螺旋管式相变蓄能换热器的蓄冷特性。     

蓄冷平板二维凝固特性的焓式有限元法分析

为了研究一种相变材料的蓄冷特性,采用焓式有限元法对该材料的凝固特点进行了研究.获得了以该介质为蓄冷媒介的蓄冷平板在第一类边界条件下凝固时的相界面移动规律、板内温度分布及预测蓄冷时间等参数.数值模拟与实验结果吻合度较好,为板式蓄冷器的优化设计和该相变蓄冷材料的应用提供了一定的理论依据.     

三元双向相变储能换热器的数值模拟与分析

目的建立应用于通信基站中的相变储能空调系统中的相变储能模块,使得空调系统达到在夜间利用室外自然冷源和低压电同时给相变材料蓄冷,以解决通信基站等设备高负荷运作的高温地点中的冷负荷问题.方法建立了一种三元双向的板式壳式换热器,基于不同气候下基站房间的供冷需要,提出了相变储能空调工作的5种工况,并对该换热器的四种运行情况下的蓄、释冷情况进行了模拟仿真,最后对其传热单元数进行了计算.结果通过对相变储能换热器的模拟,得出其蓄、释冷过程中的温度分布,液相分布,蓄冷与释冷规律,计算得出笔者设计的此种相变储能换热器的综合传热单元数为3.5.结论笔者设计的相变储能模块可以满足对通信基站房间进行供冷的要求,具有较高的传热效能,在工程实践中具有可行性.     

小型气体水合物蓄冷装置的实验研究

采用一种内置换热、外置促晶式小型气体水合物蓄冷装置,以HCFC-141b气体水合物为蓄冷工质,测试和计算了气体水合物蓄冷过程中蓄冷量、生长速率、水合率以及总体换热系数等特性参数值,详细考察了换热器种类、十二水合硫酸钠(SDS)的含量、各种促晶方式(连续促晶、促晶5min以及融冰快速成核)等因素对以上特性参数的影响.实验结果表明:采用带垂直金属翅片的换热器相对于采用光管换热器,可以大大提升蓄冷性能,而且在此基础上,通过添加质量分数为0.04%的SDS,可以进一步提升性能.对于3种促晶方式的研究结果表明:连续促晶具有最好的蓄冷效果,但会额外增加能耗并诱发装置故障;融冰快速成核的蓄冷效果最差,但不需要促晶泵,值得进一步深入研究;促晶5 min的蓄冷效果处于中间状态,是目前最具有应用价值的一种促晶方式.     

三流体分离型热管换热器的传热分析

提出一个三流体分离型热管换热器的传热分析模型。通过传热分析，得到一个基本温度传递距阵方程，该方程可用于预测这种换热器的顺流、逆流换热以及两种冷（热）流体对一种热（冷）流体换热性能，最后，通过对一个实际工程的计算表明，所提模型是可靠的。     

板式换热器板间流体流动与传热分析

对板式换热器流体流动与传热的原理和有无相变条件下传热系数的计算进行了探讨,分析了板式换热器的板型结构、流程组合、流体流速和采用非对称板式换热器结构对降低压降,提高传热系数的影响。     

高温供冷相变蓄冷材料的制备及蓄冷性能

对高温供冷用相变蓄冷材料进行配制,并对其热物性及蓄\释冷性能进行分析.分析测试了癸酸 月桂酸二元体系的低共熔点,以及不同种类添加剂的摩尔分数对体系相变特性的影响.建立蓄冷球模型,对蓄\释冷过程中材料温度、蓄\释冷量、蓄\释冷速率的变化规律进行分析;使用自制相变材料灌装蓄冷球,进行蓄冷、释冷性能实验.结果表明：以摩尔比例70∶30的癸酸、月桂酸混合物为基液,摩尔分数0.08的油酸为添加剂,制备出蓄冷材料的相变温度约15 ℃,相变潜热为114.1 kJ/kg,蓄冷球蓄冷、释冷过程稳定,单球蓄冷总量为17.67 kJ,能够满足高温供冷空调系统的蓄冷需求.
     

无管换热器的稳态换热特性

对无管换热器中颗粒帘换热单元的稳态换热特性进行了研究,为目前空气预热器的研究提供新的指导方向.通过传热数学模型构建、详细数学计算和定量分析,研究了颗粒质量流量对换热单元以及无管换热器出口温度的影响.研究结果发现,在颗粒帘换热单元中,当颗粒质量流量足够时,冷流体加热后的出口平均温度可无限接近热流体初始温度,冷热流体之间实现深度换热,换热效果明显;在满足颗粒帘空隙率大于0.98的条件下,颗粒质量流量越小,气固颗粒在换热通道中越容易达到换热平衡;由于换热单元中间冷热源-气固颗粒之间的温差小,换热单元的换热效率低,使得由换热单元组成的无管换热器冷热气体之间的整体换热效率较低.     

壳管式储能换热器中传热特性的分析

对一种可用于储存高温余热及电厂电网谷期电力的相变储能换热器装置进行了理论和实验研究，对装置在多种工况下工作进行了模拟实验，并用数值法从理论上求解了非稳态条件下相变储能换热器中凝固与强迫对流耦和的问题，分析了热交换流体入口温度、流量、相变材料厚度、流道长度等多种参数对装置换热性能的影响。     

相变蓄热球体堆积床传热模型及热性能分析

为提高普适性和预测性,建立了相变蓄热球体堆积床热性能的传热模型,可以对系统多种热性能参数进行计算分析。经验证明模型结果与实验结果较吻合。表明该模型对相变蓄热球体堆积床的结构设计、性能模拟及运行管理可提供理论指导。     

双层定型相变墙体的优化组合

与单层定型相变墙体相比,双层定型相变墙体依靠两层相变材料的潜热吸收和释放,可实现对室外冷热量的有效控制,发挥更加显著的改善室内热环境的作用。本文基于相变传热特性数值模拟的显热容法,以课题组近年来新制备的四种不同相变温度和潜热的定形相变材料为保温基材,构建具有两种不同相变保温层的双层相变蓄热墙体,建立双层定型相变墙体传热数值模型并利用COMSOL Multiphysics数值分析软件求解,针对夏热冬冷与严寒地区使用双层相变墙体的温度控制效果进行模拟,对双层定型相变墙体的传热过程及控温效果的影响因素进行分析,为优化双层定型相变墙体的组合形式提供参考。     

石蜡和石墨复合相变材料的导热性能研究

石蜡作为相变材料的不足之处在于石蜡的导热系数低.为了改善石蜡的导热系数,实验利用导热系数较大的石墨和具有较高储热能力的石蜡制备出复合相变储能材料,分析了储热、放热过程中,石墨对石蜡传热特性及相变的影响.结果表明:石墨的掺入增加了复合材料的导热速率,减小了传热的波动性;复合材料的相变时间明显提前,固液相界面的移动加快,相变时间范围明显缩短,而相变温度区间基本不变.     

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。     

新型生土材料调湿性能及导热性

使用膨胀石墨、碳纤维与石蜡研制出复合型相变蓄能材料,利用膨胀石墨、碳纤维作为高导热材料与结构支撑材料;通过物性参数遴选、结构参数优化设计方法,搭建高导热性能的复合相变材料蓄热电暖器实验台;研究不同蓄放热运行工况下该装置的蓄放热性能。研究结果显示,与日间主动式放热工况相比,日间被动式放热工况放热速率衰减较慢,被动式放热工况的最低放热速率比主动式放热工况最低放热速率高24. 7%。该装置可以利用主/被动放热方式调节蓄放热速率,满足不同房间的供热需求。在夜间蓄热、日间放热的运行工况下,该相变蓄热电暖器所在房间温度波动较小,具有较好热舒适性。该蓄热电暖器蓄热效率达67%,能充分利用夜间低谷电蓄热,实现降低运行费用的目的。     

碳纤维导热型低温相变材料蓄热电暖器蓄放热性能实验研究

使用膨胀石墨、碳纤维与石蜡研制出复合型相变蓄能材料,利用膨胀石墨、碳纤维作为高导热材料与结构支撑材料;通过物性参数遴选、结构参数优化设计方法,搭建高导热性能的复合相变材料蓄热电暖器实验台;研究不同蓄放热运行工况下该装置的蓄放热性能。研究结果显示,与日间主动式放热工况相比,日间被动式放热工况放热速率衰减较慢,被动式放热工况的最低放热速率比主动式放热工况最低放热速率高24. 7%。该装置可以利用主/被动放热方式调节蓄放热速率,满足不同房间的供热需求。在夜间蓄热、日间放热的运行工况下,该相变蓄热电暖器所在房间温度波动较小,具有较好热舒适性。该蓄热电暖器蓄热效率达67%,能充分利用夜间低谷电蓄热,实现降低运行费用的目的。     

第二类边界条件下硬脂酸固液相变蓄能研究

通过引入有效导热系数来考虑自然对流对固液相变传热的影响,将相变蓄能模型简化为仅用能量方程描述,采用显热容法及正态分布液相率模型进行了求解.与硬脂酸固液相变实验的比较表明:自然对流对相变传热的影响不可忽略;修正后的有效导热系数经验公式能更准确地描述等热流边界条件下的固液相变过程;在等壁温边界条件下,相变速率随时间的推移而减小;在等热流边界条件下,相变速率随时间的推移而增大.     

石蜡相变材料在同心环隙管内的基本传热行为

强调石蜡侧传热行为的强化作用，在自行搭建的传热装置上，以热媒侧为恒定温度热源，考察了石蜡相变材料蓄热过程的传热行为，研究了S_t、蓄热时间、石蜡温度、径向距离之间的变化规律。本工作发现，翅片在热传导控制的条件下的传热效果要优于对流传热控制时的效果。在热媒温度为65，70和75℃时，翅片管较光滑管，蓄热时间分别缩短77.5％，69.2％和56.3％，表明翅片对石蜡的传热强化效果显著。而且，蓄热时间和相界面推移速度均随S_t呈单调函数规律发展。     

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。