【摘 要】
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燃气分布式能源(CCHP)系统以其安全清洁、能源利用效率高等特点,成为我国碳中和大背景下的重要能源应用技术。自然分层水蓄能技术较好地弥补了CCHP系统受用户侧负荷波动而能效降低的缺点,因而在实际CCHP系统中具有较好的应用价值。目前针对CCHP系统的大尺寸、低水深、矩形构造的水蓄能装置的专项研究较少。本文从CCHP系统实际蓄能需求出发,利用数值模拟的方法研究了应用于CCHP系统的水蓄能装置的优化设
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燃气分布式能源(CCHP)系统以其安全清洁、能源利用效率高等特点,成为我国碳中和大背景下的重要能源应用技术。自然分层水蓄能技术较好地弥补了CCHP系统受用户侧负荷波动而能效降低的缺点,因而在实际CCHP系统中具有较好的应用价值。目前针对CCHP系统的大尺寸、低水深、矩形构造的水蓄能装置的专项研究较少。本文从CCHP系统实际蓄能需求出发,利用数值模拟的方法研究了应用于CCHP系统的水蓄能装置的优化设置,探究不同高径比、布水器分布形式和外保温厚度对蓄冷性能的影响,以期为双碳背景下分布式能源的工程应用提供技术参考。首先,本文分析了水蓄能装置蓄冷性能的影响因素及评价指标。引入斜温层无量纲温度Θ,确定0.15<Θ<0.85的区域为斜温层有效厚度。分析了混合数MIX与性能指数FOM这两种常用性能评价指标的局限性,提出了更适合CCHP工程应用的评价指标(即充冷效率η);根据CCHP系统蓄水槽的实际工程特点建立了定容积、恒定流量的水蓄冷装置CFD模型并对其进行验证。然后,通过CFD模拟对比分析了主要因素变化对蓄冷性能的影响。改变已建立蓄水槽模型的高径比、布水器分布形式和外保温层厚度,分析各因素对水槽蓄冷性能的影响效果:(1)研究了长方体蓄水槽不同高径比下,充冷结束时的蓄冷效率和充冷时间。蓄冷水槽高径比越大,蓄水槽的蓄冷性能越好,但综合考虑蓄水槽充冷效率和充冷时间的最佳高径比范围为2~6;(2)研究了不同布水器形式,也即布水器进口雷诺数变化时对水槽蓄冷性能的影响。水槽布水器进口处的雷诺数在120~950之间时,布水器的分布形式是适宜的;(3)非绝热工况下,为达到蓄水槽蓄冷性能和工程经济性综合因素作用下的最优情况,蓄水槽合适的外保温层厚度为8cm。最后,结合实际工程案例,对某CCHP系统的自然分层型蓄水槽进行了优化设计。提出了多槽连接型蓄冷槽组的蓄冷方案,增加蓄冷槽组内双隔板结构以达到增大单元格水槽高径比的目的,验证了多槽连接型蓄水方案可明显改善蓄水槽的蓄冷性能,但双隔板结构会增加蓄存水的流动损失,数目过多时反而会降低水槽的蓄冷效率。
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