我国北方牧草收获季节,太阳能资源分布是全年最好的,降雨量也是全年较频繁的。刈割后的牧草如果没有及时干燥贮存,在田间经历雨水冲刷,导致牧草品质下降。由于太阳能资源的间歇性特点,限制了太阳能牧草干燥设备的发展。为了加快牧草收获期的干燥速度,提出研发一种蓄能装备方案,实现太阳能昼夜交替式干燥牧草。具体开展了以下研究工作:1.通过文献查阅,结合相变材料筛选原则,对中温相变材料甘露醇和复合赤藻糖醇的物理特性进行了表征分析。结果表明甘露醇的和复合赤藻糖醇具有高相变潜热值、高温稳定性和低膨胀系数的优点,但其缺点是导热性能差,在实际应用中需进行传热强化。2.为了加强甘露醇和复合赤藻糖醇的导热能力,对无翅片、直翅片和“个”字型翅片管壳式结构展开研究。以导热油为传热介质,以甘露醇和复合赤藻糖醇为相变蓄热材料,研究翅片加强管壳式相变传热模型;研究不同结构参数翅片管、导热油进口温度和流速对相变材料相变温度、液相率的影响。“个”字型纵向翅片管壳式具体结构参数的提出有效强化了相变材料的传热能力。采用“个”字型纵向翅片管壳式结构相比无翅片圆管传热器,固-液相变时间缩短了 62.4%。“个”字型纵向翅片管壳式结构参数的获得为相变蓄热装置的设计提供了设计依据。3.针对两种相变材料的固-液相变温度,设计开发线聚焦型槽式太阳能集热系统。研究真空集热管集热性能和真空集热管热损失性能,找出提高系统集热效率的影响因素,真空集热管入口工质瞬时温度与集热器瞬时光热转换效率成反比。通过试验研究,该系统可将导热油的温度提高到280℃,满足相变材料传热温度要求。4.设计开发槽式太阳能相变蓄热装置,研究相变蓄热材料的蓄—放热特性,为蓄热装置结构优化提供研究基础;研究多相变蓄热装置蓄热—放热过程的传热规律及强化传热机制,在数值模拟方法基础上,探索开发适合糖醇类相变材料有效导热系数模型。试验研究表明:导热油进口温度210℃,进口流速2.0m/s时,采用多相变组合蓄热结构蓄热时间相比单相变蓄热结构缩短了166min,蓄热时间效率缩短了32%。5.以COMSOL Multiphysics软件的CFD有限体积法模块为相变传热数值计算依据,对方形盘管式太阳能蓄热装置进行物理建模。研究相变蓄热装置蓄、放热模拟试验,模拟的结果与试验数据基本相似,验证了数学模型的正确性。通过单相变蓄热装置截面液相率随时间的变化情况,发现内外层相变熔化的不同步性,以及蓄热装置上、中、下部相变熔化的不均匀性,并开展了结构参数的优化。采用多相变蓄热装置结构提高了内外层相变材料相变同步性和相变蓄热装置上、中、下部相变熔化的均匀性。6.设计建造了昼夜交替太阳能牧草干燥试验台,开展了槽式太阳能相变蓄热技术在苜蓿草干燥系统中的应用。采用12m2的槽式太阳能多相变蓄热装置能够提供45℃的热风持续放热时间为295min,能够满足昼夜交替型太阳能牧草干燥试验台一批次的牧草干燥。对甘露醇、复合赤藻糖醇、多相变材料和水四种蓄热材料对应的集热方式进行了对比研究。蓄热量相同情况下,采用12m2的槽式太阳能多相变蓄热装置比20.4m2的真空管式太阳能水蓄热装置蓄热时间缩短41%,相变装置体积减小了52.9%。蓄热材料热能放净率提高4.0倍。多相变蓄热装置具有明显的蓄热优势。