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高储热密度的能量储存技术可解决能源供需上的不匹配和实现低品位热的高效利用,是推动能源可持续发展和生态文明建设的有效保障。在常见的热能储存技术中,水合盐作为中低温无机相变储能材料具有溶解热大、熔化温区宽、蓄热密度大、价格低廉等诸多优势,但其存在固有的热导率低、过冷度大、相分离严重等问题。太阳能热水器、空气源热泵作为节能环保型设备已被运用于生产生活中,但其效率受天气及工作温度影响严重。目前,储热水箱占地面积大,不能实现对室内的梯级供热。针对以上问题,本文的研究工作主要包括以下方面:(1)以低品位热及废热为驱动、梯级供热及压缩机高效运行为目的,选择相变温度适宜、储热密度高的三水合醋酸钠(SAT)为相变主体进行研究,并利用膨胀石墨(EG)作为高热导率添加剂及结晶成核剂、黄原胶(XG)解决轻微的SAT相分离和复合材料分层问题。通过熔融共混法制备不同比例的复合相变材料,分析表明,在毛细管力和表面张力的作用下,SAT被束缚在EG孔隙中,并在其中熔化、凝固。EG的蠕虫状片层结构是良好的结晶固体界面,当EG添加量达2wt.%以上时,过冷度基本消除。EG的连续多孔结构构成了良好的导热网络,可明显增强相变主体的热导率,添加4wt.%EG的材料热导率可达1.81W/(m·K),为纯SAT热导率的3倍。当SAT:EG为97:3时,SAT恰好完全进入EG孔隙,且添加高于0.6wt.%的XG,复合相变材料不容易出现分层现象,相变主体未发生相分离问题。经过60次加热-冷却循环实验,添加2~4wt.%EG及0.6~1.2wt.%XG的复合相变材料熔化温度保持在57~59℃,冷凝温度稳定在57.6℃左右,无过冷度,相变焓为250~255kJ/kg,体积膨胀率为7.38%,材料具有很好的热稳定性和流动性,适合后期储热器及系统中使用。(2)优化蓄热器结构,以膨胀石墨代替翅片简化换热装置,设计基于热量跨时间使用、梯级热量输出的热水源储热系统,为实现压缩机废热回收、压缩机高效工作,设计压缩机废热源储热系统。随后,制作了单位体积储热量为410.99kJ/L、储放热效率达到90%以上的热水源储热系统蓄热器,可根据用户需求选择合适相变温度对应的材料填充蓄热器,并将多个蓄热器串联使用;基于压缩机外形,制作了压缩机废热源系统蓄热器,其单位体积储热量高达467.07kJ/L的,是显热蓄热器的4.8倍,其可在5.25min内输出高于进口温度5℃的工质流体。(3)提出忽略对流、体积膨胀率的二维简化模型,并结合目前使用较多的管式换热器,研究其在相变过程中的相界面移动、温度梯度和热流密度。对应的可视化实验验证了焓法模型可较准确的描述出填充膨胀石墨类复合相变材料的蓄热器的相变过程。数值模拟表明,材料与换热管的距离、附近换热管的长度及与进口的距离影响了材料的温升速率。因为材料和热源温差减小,且液态复合相变材料热导率略低于固态,蓄热器的熔化率先陡升达到峰值约82%后突然减缓,结晶率变化相一致。管内流体水温和材料的相变温度之差,对蓄热器熔化率和熔化速率影响较大,但管内流体流速对蓄热器熔化率和熔化速率影响较小,而水平铜管、竖直铜管布置的蓄热器的熔化规律相差不大。