石蜡相变材料储能特性及其性能评价方法研究

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固-液相变储能技术由于其储能密度大、储能体积规模适中、、便于热控等特点,被广泛运用于工程实际中。目前,固-液相变储能技术在建筑中的应用主要围绕石蜡类相变材料展开,利用石蜡的等温相变特性储存和释放可利用的可再生能源或工业废热,从而实现建筑节能的目的。然而,石蜡相变过程中受边界条件和封装结构影响,不同应用条件下的研究结果大相径庭,无法形成统一的研究结论。此外,石蜡在实际应用中的储能过程同时受多因素共同影响作用,单一因素影响下的研究结果难以准确石蜡在实际应用中的储能特性。本文搭建相变储能实验平台,利用石蜡为相变材料,研究边界温度、边界气流速度、高密度聚乙烯(HDPE)板倾斜角等因素单一作用及共同作用下石蜡储能特性的变化。主要结论如下:1、实验研究了边界温度、边界气流速度、HDPE板倾斜角单因素对石蜡相变储能过程的影响。结果表明:(1)提升边界温度不会改变材料熔化起始温度,但会提高材料熔化结束温度。当边界温度为55℃时,传热增强率达到47.4%。边界温度越高,潜热储热率提升比越大,并且总储能量随边界温度而提升。(2)边界气流速度从1m/s提升到2m/s不会减少相变时间,潜热储热率提升比从1m/s到2m/s提升8.1%。边界气流速度从4m/s提升到5m/s反而增加了相变时间,传热增强率由49.2%下降到46.7%。(3)HDPE板倾斜角为90°时,传热增强率达到50.8%。倾斜角从30°增大到75°,潜热储热率提升比达到32.3%。2、实验利用红外热成像仪跟踪材料内部温度的变化,发现边界气流速度的存在导致材料受热不均是造成材料内部发生自然对流现象的主要原因。3、实验研究了边界温度、边界气流速度、HDPE板倾斜角三因素共同作用下石蜡的相变储能特性。结果表明:(1)影响石蜡熔化的因素重要性排序依次为:边界温度、边界气流速度、HDPE板倾斜角。(2)本文实验条件下,边界温度、边界气流速度、HDPE板倾斜角的组合为55℃、5m/s、75°时,潜热储热率最大。
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