移动式蓄热器的性能实验及强化换热分析

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在我国的工业生产过程中,每年都会浪费大量的余热资源,其中低温余热资源的利用难度最大。另一方面,随着我国城市化发展的快速进行,供暖需求也越来越大,部分热用户靠小型自备锅炉来供暖,不仅效率低下,而且对环境造成极大污染。移动式蓄热技术,将工业生产中产生的废热通过移动式蓄热车存储起来,并运输到热用户端,对我国的节能减排政策具有重大意义。本文针对100℃以下的低温余热资源做了以下方面的研究:  根据移动式蓄热技术的原理在实验室内搭建了用于模拟工业余热回收的小型实验台,并以Ba(OH)2·8H2O为主体蓄热材料。对其进行充放热的实验研究,研究表明,实验过程中同一时刻蓄热器沿工质流动方向的PCM温度变化较小,而垂直于工质流动方向不同位置的PCM温差较大。蓄热器完成一次充热需要120min,从外界吸收热量44361kj,完成一次放热需要100min,能够释放出35098 kj的热量,完成一次充放热循环的吸放热比为79.12%。为模拟实际工程应用在可能出现的不同工况,对不同HTF流量和初温下蓄热器的温度场变化情况、进出口温差、热效率及?效率的变化规律进行了总结。最终得出,当余热源的温度较高时,对移动式蓄热技术的应用更加有利,同时为了避免造成能源的浪费,应尽量控制好换热流体的流量,防止出现流量过大的现象。  由于实验过程中温度测点的数量有限,为了更清楚的了解蓄热器内PCM的融化凝固规律,对蓄热器进行了相关的数值模拟研究。通过建立相应的物理模型和数学模型,进行合理的假设,将实验数据与模拟结果相对比,验证该模拟方法的可靠性。分析了蓄热器内PCM的相界面变化规律和液相率随时间的变化情况,得出在蓄热器近壁面处存在的融化、凝固“死区”。最后对蓄热器进行了强化换热分析,分析表明:蓄热器内换热管呈正三角形均布的方式时,其融化和凝固速率最快,换热管径的大小对于蓄热器内PCM的融化和凝固速率影响并不大;针对蓄热器内的融化、凝固“死区”问题,提出了采用变管径和局部加密的处理方式对蓄热器进行结构优化,并取得了显著的成效,使其溶化和凝固的“死区”大幅度减少,完成融化和凝固所需要的时间也缩短了35%和22%。
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