翅片间距对管翅式相变储热单元储热特性的影响

为研究翅片间距对储热单元的储热时间与储热量的影响,对管翅式相变储热单元的结构优化设计奠定基础,设计4种不同翅片间距的管翅式换热器,通过数值模拟与实际实验数据探讨翅片间距对储热时间及储热量的影响,进而选取两组翅片间距模型分析供暖运行参数对储热特性的影响规律。结果表明：在热泵工作温区下,翅片间距最小比最大模型的完全熔化时间缩短了79.57%,储热量减少了13.31%;进水温度升高,熔化时间缩短,储热量增加,与进水温度为55℃相比,进水温度为70℃的两组模型熔化时间分别缩短64.45%和65.77%,储热量分别增加17.27%和19.35%;进水流量提升促进相变材料熔化,最大入口流量与最小流量相比,两组模型完全熔化时间分别提升了11.54%和8.17%,储热量在8 h内分别增加8.10%和16.59%,且存在阈值流量,超过该流量后对储热量的影响很小。可见,减小翅片间距不仅降低储热量,还会导致储热单元成本显著提高,因此储热时间充裕的情况下,可以考虑适当放宽翅片间距以降低换热器的成本。     

高温相变储热单元模拟研究与计算

运用Fluent软件对圆形储热单元内部LiCl高温相变材料熔化过程进行二维数值模拟。模拟结果表明:不同位置的LiCl都会出现恒温"平台",其平台的长度和出现的时间间隔随空间位置的不同而有显著差异;随时间的增加,储热单元储热量在相变区明显增大,其储热功率也相应出现了最大值。相变材料的导热系数、相变储热单元的形状和空间尺度以及其恒温隔热装置是改善相变储热系统储热性能的关键性因素。     

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。     

制冷空调冷凝热回收的性能研究

从利用空调冷凝热为研究出发点，以海信公司KFR-60LW／BP改装而来的试验台为例．在不同冷却水流量下的制冷剂温度，冷却水进出冷凝器的温度，不同冷却水流量下冷水的温度以及不同冷却水流量下压缩机输入的功率，并对这些实验数据进行了分析．实验结果：当冷却水流量为116L／h时，出冷凝器的冷却水温度为52．5℃，当冷却水流量从200L/h变化到600L／h时，其综合性能系数从5．51提高到7．04．     

西北地区太阳能采暖系统储热水箱热损失试验研究

以西北新农村117.07 m²的单体建筑太阳能采暖系统为研究对象,以12月15日为例,得出储热水箱热损失主要发生在自然冷却阶段,当日储热水箱的总热损系数为5.68 W/℃,总热量损失为9.49 MJ.再选取其余11个典型日的试验数据对储热水箱总热损系数和总热损失各影响因素进行拟合,储热水箱总热损失由于受到环境温度和室外风速的影响,储热水箱的温度也随之变化.研究结果表明:平均环境温度每降低1 ℃,储热水箱总热损失增加0.067 MJ;室外风速每增加1 m/s,储热水箱总热损失增加0.042 MJ;储热水箱平均温度每降低1 ℃,储热水箱总热损失增加0.068 MJ;储热水箱温度变化幅度每增加1 ℃,储热水箱总热损失增加1.641 MJ.针对储热水箱热损失分析及室内热环境现状,提出将储热水箱置于室内以增强储热水箱储热能力和改善建筑室内舒适度.     

蒸氨废液太阳池的优化试验研究

以改善纯碱蒸氨废液太阳池的储热性能为目的,进行了太阳池的大小、下对流层浓度、3层溶液厚度、以及移液方式等因素对太阳池储热性能影响的试验研究。结果表明:蒸氨废液太阳池的横截面积越大、储热性能越好,下对流层溶液浓度40°Be',3层溶液厚度比例为2∶8∶5的太阳池升温最快,平衡时温度最高达到66℃。每隔1.2 h取液和补液一次,每次取液量和补液量占太阳池下对流层总液量的1.92%,20 min取(补)完较合适,能够维护太阳池稳定运行。     

钾石盐太阳池集热和储热性能研究

为了优化钾石盐太阳池的集热和储热性能,采用控制变量法,分析了光照时间,下对流层厚度(12、17、22 cm)以及盐梯度层厚度(9、14、19 cm)对下对流层温度、集热量、储热量和热效率的影响.结果表明:每天光照时间越长,下对流层温度越高,最高达到55.7℃;照射8 h集热量最高达933.68 kJ/h,照射12 h集...     

基于相变材料的锂离子电池热管理

相变材料被动式冷却利用相变材料相变时温度基本保持不变吸收或放出热量的特性,对电池组进行热管理。该冷却方式具有寄生功耗低、温度均匀性好、吸收或释放热量多等特点。但由于相变材料导热系数普遍较低,难以满足电动汽车在高电流密度工况下的电池热管理要求,从而限制了相变材料在电池热管理中的进一步应用。如何有效地提高相变材料的导热系数,同时保证其储热能力和化学稳定性,成为了研究相变材料电池热管理系统的关键问题。通过强化传热措施包括添加导热颗粒、金属翅片、泡沫金属和膨胀石墨可提高相变材料的导热系数。总结了四种强化相变材料传热的措施的研究进展,并概述了其传热措施的影响因素和强化传热效果。     

面向低碳供暖的城市中水余热跨季节储热系统性能分析

为促进跨季节储热技术在寒冷地区的推广应用,以实现北方低碳清洁供暖,提出一种城市中水余热跨季节储热系统。基于TRNSYS建模仿真研究系统长期运行性能,结合建筑供暖需求和运行成本对中水流量与储热体体积进行优化匹配分析,并从环保与经济性角度论证系统可行性。研究结果表明：所述系统可以高效稳定用于区域供暖,连续运行10 a土壤温升为2.84℃,相比传统地源热泵能效比可提升2.80%～18.22%。适当增大储热体体积有利于提高系统储热效率及最大供热能力,在进行系统设计时可按照“大体积、小流量”的原则对储热体体积及中水流量进行匹配,以实现在相同供热能力下最佳经济性。优化匹配后的系统碳排放量与太阳能跨季节储热系统接近,相比于传统供暖系统可减少59.10%,供热费用年值相比太阳能系统与传统供暖系统可分别降低36.51%和24.64%。     

基于多孔网结构的斜温层储热罐性能改进数值模拟

[目的]为提升斜温层储热罐的储热性能,围绕斜温层储热罐内部结构优化问题开展研究.[方法]采用计算流体动力学方法,对常规结构、内置隔板结构和内置多孔网结构进行数值模拟和性能分析,获取流量对斜温层厚度和无量纲?损的影响规律,并研究不同黏性阻力系数下内置多孔网储热罐斜温层厚度的变化规律.[结果]多孔网结构储热罐中80℃的高温热水体积相比其他两种结构增加了15.38%;储热罐流量越大,斜温层厚度越大,无量纲?损越大;多孔网黏性阻力系数越大,斜温层厚度越小;流量为2.60 L/min时,内置多孔网储热罐的斜温层厚度相对于常规结构和内置隔板结构分别减小了31.58%和23.53%;内置多孔网储热罐的无量纲?损最低.[结论]多孔网储热罐储热性能优于常规结构和内置隔板结构储热罐,在储热罐中布置多孔网可以改善储热效果.     

三水合醋酸钠/膨胀石墨复合相变材料的制备及其储热性能

水合盐储能材料普遍存在热导率低、过冷度大及相分离问题.本文通过熔融共混制备了以三水合醋酸钠(SAT)为主体的复合相变材料(CPCM).采用膨胀石墨(EG)作为高导热添加物强化导热系数,同时作为成核剂改善其过冷度问题.采用黄原胶(XG)为增稠剂改善复合相变材料的相分离问题.研究了复合相变材料的导热性能、相变性能及热稳定性,并基于该复合相变材料(SAT/EG/XG)搭建了高储热密度的相变储热器,研究了该装置在85℃热源、20℃冷源下的储放热性能.结果表明:膨胀石墨的加入可明显增强热导率及消除过冷度.添加2%～4%(质量分数)膨胀石墨,复合相变材料热导率可达1.12～1.81 W/(m·K),为纯SAT热导率的2～3倍,且添加0.5%～1.2%(质量分数)黄原胶可明显抑制相分离.复合相变材料具有很好的热稳定性,50次循环后其熔化温度保持在58.0℃左右,凝固温度稳定在57.6℃左右,无明显过冷度,相变焓为250～255 kJ/kg.基于该复合相变材料的储热器的储热密度可达442.7 kJ/L,是传统水箱的1.7倍,储放热效率达96.4%,具有明显的储热优势.     

制冷工况相变能源桩热交换规律

相变材料是一种通过改变材料物态来吸收或放出潜热的物质。将其用于能源地下结构中可以增加结构体的能量密度、提高换热量,从而减小热交换所需的地下空间资源。该文搭建了缩尺模型实验系统,其中模型圆桩为相变储能混凝土能源桩,桩直径0.2 m,桩长1.5 m,将桩埋入装有饱和砂土的尺寸为2.45 m×2.45 m×2 m的模型箱中。实验中控制换热流体温度恒定为5.5℃,分别进行了0.15、 0.30和0.45 m~3/h 3组不同流量的制冷工况,每种工况包括"制冷-回温"3次循环。研究了饱和砂土中相变能源桩的温度热响应和换热量,分析了桩与周围土体的温度随时间变化规律;比较了换热流体流量对能源桩换热量的影响。研究结果表明:制冷工况下,相变能源桩在饱和砂土中的热传递主要沿径向,在热交换过程中对于桩周土体的温度影响范围约为2倍桩径。换热流体流量增大,进出口温差减小,而热量增大。     

带喷射器的跨临界CO_2热泵热水器系统的实验研究

设计了一套带喷射器的跨临界CO_2热泵热水器系统实验平台,开发了相应的计算机测控系统.进行了改变冷却水体积流量和进口温度对系统性能影响的实验研究,分析了制热系数、制热量、压比、喷射系数、升压比、喷射器效率等参数的变化趋势.实验结果表明:随着冷却水体积流量减小或进口温度增加,喷射系数增加的同时,升压比也增加,而喷射器效率却降低;在测试工况范围内喷射器效率最高达到34%,升压比最高达到1.165;在蒸发温度为-5℃时,制热系数达到3左右.带喷射器的跨临界CO_2热泵热水器循环的压缩机压比与传统循环相比减少了12%～14%,喷射器的引入有效地提高了跨临界CO_2热泵热水器循环的效率.     

太阳能热发电复合相变蓄热材料的实验研究

针对相变材料无机盐KNO3/NaNO3(摩尔比50/50)导热系数低,影响了蓄热系统充放热过程传热效率,制备了适用于太阳能热发电系统的无机盐/膨胀石墨复合相变材料,对复合相变材料的微观结构和热物性进行了分析,并搭建充放热测试平台对相变材料分别进行了热性能研究。结果表明:复合相变材料中的无机盐均匀分布在膨胀石墨中,其相变潜热与基于复合材料中无机盐质量分数的计算值相当,添加膨胀石墨后相变材料的导热系数得到了改善;在充热过程中纯无机盐的换热方式以自然对流为主,同一蓄热单元内沿轴向上下位置温差较大,不同蓄热单元内相同位置完成充热过程所需时间从上到下依次增加,而对于无机盐/膨胀石墨复合相变材料(质量比90/10)充热过程以导热为主;与纯无机盐不同,同一蓄热单元内沿轴向上下位置温度变化趋势基本一致,不同蓄热单元相同位置完成充热过程所需时间几乎没有差别。添加膨胀石墨后,相变材料的充热过程所需时间减少较小,而放热过程所需时间减少约45%,传热介质流量的变化对复合相变材料充/放热过程影响较小。     

不敏感弹药引信慢速烤燃热防护效能研究

在满足弹药作战效能需求的同时,避免受意外热刺激造成弹药的连环爆炸已经成为各国高度重视的技术难题.通常金属材质引信壳体的导热系数大,遭受到环境热刺激后热量传导速度快,严重危及了后续的导爆药和传爆药安全.为了研究引信防护壳体材质对热量的阻隔能力,进一步提升引信热防护效果,本文以典型舰载76 mm口径弹配引信为例,研制了基于石英灯阵列的可控烤燃系统,用于模拟热环境刺激;设计并实现了嵌入于引信的多路测温微系统,试验证实其具有高可靠嵌入测试、多路同步测试优点;通过配合使用有限元热仿真技术,分析了慢速烤燃条件下热防护层对引信体内导传爆药温度响应影响,确定了防护壳体材料可有效减少热量的传递;此外,在对聚四氟乙稀、铝镁质纤维、陶瓷隔热瓦材料（FRCI-12）、气凝胶毡4种防护添加材料的慢速烤燃仿真分析,证实了气凝胶毡的热防护效果最佳.     

并联冷凝式空气源热泵热水系统研究

以热泵热水技术为基础,针对目前热泵热水系统能源利用效率较低、冷凝器换热量及进出口水温差较大等缺点,提出并联冷凝式空气源热泵热水系统。针对我国南方亚热带季风气候全年水温波动较大等特点,以长沙地区为例,对并联冷凝式空气源热泵热水系统分别设计夏、冬运行模式以确保全年不同水温条件下系统能较好运行。利用工程热力学虚拟实验室CYCLEPAD建立普通空气源热泵热水系统及并联冷凝式空气源热泵热水系统模型并进行计算分析。研究结果表明:在长沙地区,相对于普通空气源热泵热水系统,并联冷凝式空气源热泵热水系统能有效分散冷凝器总换热量及降低冷凝器进出口水温差;系统在夏季工况下平均COP(coefficient of performance,性能系数)从5.10升至6.30,提升23.53%;在冬季工况下平均COP从3.69升至5.29,提升43.36%;系统在夏季工况下平均每月运行能耗从2 447 kW·h降至1 972 kW·h,降低19.41%;在冬季工况下平均每月运行能耗从5 066 kW·h降至3 539 k W·h,降低30.14%;系统全年节能效果良好,且在冬季节能效果更显著。     

新型环氧树脂复合相变材料对沥青混合料调温性能影响

为解决相变材料用于沥青混合料热稳定性与力学性能不足的问题,采用环氧树脂与十五烷定形封装相变材料制备新型环氧树脂复合相变材料,并采用等体积替换法将其用于沥青混合料中。采用差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TG)与导热系数仪进行环氧树脂复合相变材料相变与热物特性测试分析;通过相变沥青混合料温度调控试验分析其调温性能与效果,并对相变沥青混合料路用性能进行验证。研究结果表明：环氧树脂复合相变材料相变焓值可达60 J/g以上,在180℃以内几乎不发生热损失,储热密度高、热稳定性良好;相变区间内表观比热容显著增大,升、降温过程中最大值分别为10.9和6.7 J/(g·℃);相变材料掺量(质量分数)越大温度调控效果越好;调温性能与混合料位置相关,相变沥青混合料最大调温温差和最大温度变化速率降低值随深度增大而增大;各掺量下相变沥青混合料均具有显著的调温效果,掺量小于4%时相变沥青混合料均可满足路用性能要求。     

卫生热水蓄热方式对地埋管换热性能的影响分析

竖埋管地源热泵系统为室内环境控制提供冷热量。在空调工况下,热回收机组可以提供卫生热水。卫生热水的供应在冬夏不同的运行模式下,对地埋管的换热性能影响不同。通过某地源热泵工程设计,分析了冬夏季卫生热水系统在蓄热方式下对地源热泵系统地埋管换热性能的影响。利用卫生热水的蓄热能力,对地埋管换热器在不同工况下的动态换热性能进行了对比分析,并通过数值计算得到了不同运行模式下地埋管的换热性能参数。根据计算结果提出了在该工程负荷特性下的系统调节方式。     

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。