基于斜温层等效容积的大型蓄热罐动态特性分析

斜温层蓄热罐可以提高热电联产(Combined heat and power, CHP)机组在供热期间的调峰能力，因此逐渐向大型化发展，但设计参数对蓄热罐的性能影响较大，且采用目前的性能评估方法效率较低。本文建立了大型蓄热罐的物理模型及数学模型，研究了蓄热过程中斜温层的形成及变化过程，提出了斜温层等效容积的概念，同时分析了结构参数及运行参数对斜温层等效容积的影响。结果表明：形成稳定斜温层后，随着蓄热量的增加，斜温层厚度变化不大，采用斜温层等效容积可以更高效的评估蓄热罐的性能。比较不同工况下蓄热罐等效容积的相对变化量可知，不同影响因素对斜温层等效容积的影响从高到低排序依次为布水器布置、蓄热流量、高径比和冷热水温差。研究为大型蓄热罐的性能评估提供了一种新参考。     

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.     

太阳能烟囱发电系统蓄热层的试验研究

搭建了3台带有不同石块蓄热介质蓄热层的太阳能烟囱发电系统对比试验装置,在实际天气条件下,对该装置的运行性能进行了测试,并对试验结果进行了对比分析.结果表明:石块蓄热层具有储存热量的能力,随着蓄热层深度的增加,蓄热层内温度随外界影响就越小.系统内热气流的温升主要在集热棚的中前段,不同时间层热气流温升幅度不同.辐射强度、辐...     

高温相变容器的传热分析

吸热 /蓄热器是空间太阳能热动力发电系统的一个关键部件 ,其中的高温蓄热容器的传热性能会直接影响到整个系统的性能。本文利用焓法建立了吸热 /蓄热器中高温相变容器的传热数学模型 ,分析了计算结果     

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。     

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。     

压缩空气储能的多级填充床蓄热实验研究

对填充床蓄热装置在压缩空气储能(CAES)系统中的应用进行了实验研究与分析。开展了不同压力下填充床蓄热周期实验,测量了填充床内温度分布和进、出口空气温度随时间的变化。分析了不同压力下填充床的蓄热特性和蓄热效率。在实验条件下验证了CAES系统多级填充床蓄热的可行性,并提出了进一步性能改进的方法。     

自然对流对套管式相变蓄热器蓄热性能的影响

针对蓄热器内相变材料融化、相变区域自然对流换热过程中蓄热效率不确定问题,以套管式相变蓄热器为基本结构,以添加质量分数为10%膨胀石墨的石蜡作为相变蓄热材料,采用数值模拟的方法研究由重力引起的自然对流对相变蓄热器蓄热性能的影响。结果表明,固液相密度差引起的自然对流对相变蓄热过程有明显的促进作用,数值模拟过程中,考虑与不考虑自然对流时,蓄热器的蓄热时间相差近2倍;不同区域相变材料受自然对流的影响不同,在相变材料融化前期,套管上方由于液相自然对流的影响,融化速率更快。根据蓄热器融化速率和融化状态的特点,通过传热过程理论分析,将融化过程进行分段,可以更加深入地了解蓄热器蓄热过程的机理和规律,为优化蓄热器结构提供理论依据。     

高温固液相变吸热器研究现状与发展

高温熔盐相变蓄热是空间站太阳能热动力发电系统的关键技术之一,吸热/蓄热器是其关键部件,它的传热性能直接影响到整个动力系统的性能。文中着重从结构设计方面介绍了近年来国内外空间太阳能动力装置吸热/蓄热器的研制情况,概括了研究中存在的主要问题并指明了今后高温固液相变吸热器研究及发展的方向。     

多功能热泵空调器中蓄热装置的蓄能特性研究

蓄热装置是多功能热泵空调器的关键设备,其运用是否合理直接关系到这种节能空调器运行的成败.通过对蓄热机理分析,建立了蓄热装置的蓄热水箱和螺旋换热盘管数学模型,经实验验证了所建模型的准确性.同时,对蓄热装置在蓄热和用水工况下的动态特性进行了数值模拟,研究了系统在蓄热和用水时,水箱内水温的分布以及螺旋盘管内制冷剂的温度和干度变化情况,为这种蓄热装置在多功能热泵空调器中成功运用奠定了基础.     

Numerical Study of Thermal Performance of Phase Change Material Energy Storage Floor in Solar Water Heating System

The conventional solar heating floor system contains a big water tank to store energy in the day time for heating at night,which takes much building space and is very heavy.In order to reduce the water tank velume even to cancel the tank,a novel structure of integrated water pipe floor heating system using shape-stabi-lized phase change materials (SSPCM) for thermal energy storage was developed.A numerical model was devel-oped to analyze the performance of SSPCM floor heating system under the intermittent heating condition,which was verified by our experimental data.The thermal performance of the heating system and the effects of various factors on it were analyzed numerically.The factors including phase transition temperature,heat of fusion,ther-real conductivity of SSPCM and thermal conductivity of the decoration material were analyzed.The results show that tm and kd are the most import influencing factors on the thermal performance of SSPCM floor heating sys-tem,since they determine the heat source temperature and thermal resistance between SSPCM plates and indoor air,respectively.Hm should be large to store enough thermal energy in the day time for nighttimes heating.The effects of KP can be ignored in this system.The SSPCM floor heating system has potential of making use of the daytime solar energy for heating at night efficiently in various climates when its structure is properly designed.     

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。     

LNG储罐球形混凝土穹顶的热应力及裂缝分布

对于大型LNG储罐,其穹顶因水泥水化热产生较大的热应力,引起混凝土开裂,严重影响储罐的耐久性。以某大型LNG储罐穹顶为研究对象,采用ADINA有限元软件建立精细化的有限元模型,模拟LNG储罐穹顶分段浇筑过程中的早期温度场分布,并将数值计算结果与现场测试结果进行对比;数值分析时考虑了混凝土徐变及龄期效应,对混凝土穹顶的温度场和应力场进行耦合计算,得到穹顶的热应力分布及裂缝开展情况,对穹顶混凝土开裂风险进行评估,进而对参数的敏感性进行分析。结果表明:穹顶内外在混凝土浇筑过程中产生温差较大,导致巨大热应力;第一浇筑带的热应力明显比其他浇筑带大,环向热应力大于经络向热应力,将使穹顶边缘产生沿环向分布的经络向温度裂缝;水泥种类对穹顶热力分析结果有很大的影响。     

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。     

光伏光热?热泵系统供热水箱与蓄热水箱匹配研究

为了研究光伏光热−热泵系统供热水箱与蓄热水箱大小匹配的问题，利用TRNSYS软件建立了光伏光热−热泵系统的仿真模型。利用实测数据对仿真模型进行了验证，结果表明误差均在合理值范围内，认为构建的仿真模型具有准确性和可靠性。针对100，200，300 L这3种不同容量的供热水箱，分别选取了30，60，90 L/m²的蓄热水箱来匹配各容量的供热水箱。对系统仿真模型进行了全年运行性能模拟，并选用全年?损作为评价指标对系统进行评价，模拟结果表明，对于3种不同容量的供热水箱，蓄热水箱容量皆为60 L/m²时系统全年?损值最小，推荐匹配各容量供热水箱的蓄热水箱大小为60 L/m²。     

水蓄冷空调系统蓄冷槽中斜温层厚度的数值计算

介绍了水蓄冷空调系统蓄冷槽中温度场与斜温层厚度的数值求解及影响斜温层厚度的因素。     

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。     

多功能蓄冷空调实验装置的研制和应用

设计建立了一台多功能蓄冷空调实验装置,它可以模拟制冷剂直接蒸发式冷蓄冰罐的运行过程,循环水直接接触融冰供冷循环过程和对房间实行低温送风过程,运用冷媒,可以进行间接冷媒冷却下有限空间内管束外冰－水固液相变过程的研究。应用该实验台,进行了有限空间内管束外冰－水固液相变过程的研究,和制冷剂直接蒸发式冰蓄冷过程动态特性的研究,实验研究结果可为冰蓄冷器的设计和优化提供科学依据。     

内融冰式冰盘管蓄冷槽传热性能研究

内融冰式冰盘管蓄冷槽是一种广泛应用的空调蓄冷装置,对这种蓄冷槽传热性能的掌握对于工程应用非常重要．现有的这种蓄冰槽模型均为同心圆柱模型,不能反映冰水密度差对这种蓄冰槽传热性能的显著影响．本文对内融冰式冰盘管蓄冷槽的蓄冷（结冰）和取冷（融冰）实验结果进行了仔细的分析,建立了传热性能动态模型．采用同心圆柱模型描述蓄冷过程,而对取冷过程采用了准同心圆阶段、偏心阶段和碎冰阶段的三段动态模型．合理地反映了融冰过程不同阶段由于冰水密度差造成的换热速率变化的机理,因此模型的适应性强,预测性好．实验对比的结果也说明该模型能够准确地反映不同入口流量、入口温度蓄／取冷过程的蓄／取冷速率、出口温度的变化,因此可直接为工程应用服务