论文部分内容阅读
目前,国家大力鼓励热用户利用电取暖来代替传统的燃煤取暖,以期缓解目前能源消耗过量和环境污染的状况。考虑到夜间用电较少的情况,可以将谷电利用电加热的方法以热能形式储存在高温熔盐中用于白天时的建筑供暖,现阶段利用低谷电对熔盐的加热方式以电热管加热为主,其最大弊端是反复升温易导致电阻丝烧断,缩短加热器使用寿命,且加热速度较慢。因此,如何提高电热转化过程中加热器的使用寿命以及加热速度是低谷电加热熔盐蓄热供暖技术领域的研究重点,而电磁感应加热技术因为较长的使用寿命和较快的加热速度在加热技术领域受到广泛的关注。
本文将电磁感应加热技术应用于低谷电加热熔盐蓄热供暖领域,以熔盐电磁感应加热器为研究对象,首先利用数值模拟方法研究了不同加热条件下感应加热器壁面以及熔盐内部磁场和温度场的分布特点,并得到了线圈电流、电流频率、熔盐流速和加热器材料对磁场和温度场的影响规律;感应电流密度和磁感应强度在加热管道外壁沿轴向呈对称分布:中部集中,两端分散,且沿加热管道径向由内向外逐渐增加;管道壁面的感应电流密度、加热器壁面温度及熔盐吸热量随线圈电流和频率的增大而升高;线圈电流频率的升高仅会影响磁场在感应加热器内部的分布规律,不会影响磁感应强度所能达到的最大值;熔盐流速增加时加热器壁面温度和熔盐温升都显著降低,但熔盐的吸热量则会增加,流速从0.1m/s增加至0.4m/s时熔盐吸热量增加了2.86kW;加热器材料为碳钢时的磁感应强度、感应电流密度、加热器壁面温度以及熔盐进出口温升均大于同等条件下不锈钢加热器。
其次通过设计、搭建以课题组最新研制的低熔点熔盐为吸热工质的熔盐电磁感应加热实验系统,得到了熔盐吸热量、加热效率以及线圈冷却水的吸热率在不同工况下的变化规律:熔盐流速一定时,熔盐的出口温度随线圈电流的增加而升高;线圈电流一定的情况下,熔盐的出口温度随熔盐流速的增加而降低;熔盐流经感应加热器后的进出口温升随熔盐入口温度的升高而增大,但是提高趋势并不明显,熔盐进口温度从200℃升高至292℃时熔盐进出口温升最大提高5.8℃;在相同感应线圈电流以及熔盐流速的条件下,加热器材料为碳钢时的熔盐出口温度要显著高于不锈钢加热器;熔盐的吸热量和感应加热器对熔盐的加热效率随线圈电流、熔盐流速和熔盐进口温度的提高而增加;加热器材料为不锈钢和碳钢时,熔盐最大吸热量分别为19.58kW和24.16kW,感应加热器对熔盐的加热效率最大值分别为71.44%和88.14%;感应线圈冷却水的吸热率随熔盐流速以及线圈电流的增加而降低且高温熔盐的线圈冷却水吸热率显著大于低温熔盐,若将感应线圈冷却水吸收的全部热量进行回收利用,熔盐进口温度为200℃和292℃时加热器整体热利用率的最大值分别可达到86.74%和90.12%。
本文将电磁感应加热技术应用于低谷电加热熔盐蓄热供暖领域,以熔盐电磁感应加热器为研究对象,首先利用数值模拟方法研究了不同加热条件下感应加热器壁面以及熔盐内部磁场和温度场的分布特点,并得到了线圈电流、电流频率、熔盐流速和加热器材料对磁场和温度场的影响规律;感应电流密度和磁感应强度在加热管道外壁沿轴向呈对称分布:中部集中,两端分散,且沿加热管道径向由内向外逐渐增加;管道壁面的感应电流密度、加热器壁面温度及熔盐吸热量随线圈电流和频率的增大而升高;线圈电流频率的升高仅会影响磁场在感应加热器内部的分布规律,不会影响磁感应强度所能达到的最大值;熔盐流速增加时加热器壁面温度和熔盐温升都显著降低,但熔盐的吸热量则会增加,流速从0.1m/s增加至0.4m/s时熔盐吸热量增加了2.86kW;加热器材料为碳钢时的磁感应强度、感应电流密度、加热器壁面温度以及熔盐进出口温升均大于同等条件下不锈钢加热器。
其次通过设计、搭建以课题组最新研制的低熔点熔盐为吸热工质的熔盐电磁感应加热实验系统,得到了熔盐吸热量、加热效率以及线圈冷却水的吸热率在不同工况下的变化规律:熔盐流速一定时,熔盐的出口温度随线圈电流的增加而升高;线圈电流一定的情况下,熔盐的出口温度随熔盐流速的增加而降低;熔盐流经感应加热器后的进出口温升随熔盐入口温度的升高而增大,但是提高趋势并不明显,熔盐进口温度从200℃升高至292℃时熔盐进出口温升最大提高5.8℃;在相同感应线圈电流以及熔盐流速的条件下,加热器材料为碳钢时的熔盐出口温度要显著高于不锈钢加热器;熔盐的吸热量和感应加热器对熔盐的加热效率随线圈电流、熔盐流速和熔盐进口温度的提高而增加;加热器材料为不锈钢和碳钢时,熔盐最大吸热量分别为19.58kW和24.16kW,感应加热器对熔盐的加热效率最大值分别为71.44%和88.14%;感应线圈冷却水的吸热率随熔盐流速以及线圈电流的增加而降低且高温熔盐的线圈冷却水吸热率显著大于低温熔盐,若将感应线圈冷却水吸收的全部热量进行回收利用,熔盐进口温度为200℃和292℃时加热器整体热利用率的最大值分别可达到86.74%和90.12%。