固体相变蓄热材料的蓄热和放热性能研究

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储能系统是缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式,是合理利用能源及减轻环境污染的有效途径,是广义热能系统优化运行的重要手段。综合比较热能储存方式,相变蓄热以其储热密度大、蓄热器结构紧凑、体积小、热效率高、吸放热温度恒定、易与运行系统匹配、易于控制等突出的优点,日趋成为储热系统的首选系统,在许多节能和新能源利用领域具有诱人的应用前景。本文对以石蜡和Ba(OH)2(8H2O为相变材料的螺旋盘管和汽-液-固等固液相变蓄热器的放热性能、季戊四醇颗粒填料床的固-固相变蓄热和放热性能进行实验研究,并研究了固-固相变固体颗粒堆积床放热特性的理论计算方法。(1) 对石蜡相变螺旋盘管蓄热器的蓄热和放热性能进行了实验研究。研究了石蜡添加铜粉、硅粉和不锈钢丝带对蓄热器蓄热和放热性能的影响。实验结果表明:在蓄热过程中,随着加热时间的增加,蓄热器内的温度分布不均匀性逐渐增大。纯石蜡蓄热器内温度分布不均匀性最为严重。添加铜粉后,温度分布趋于均匀。而添加硅粉后,温度分布更为均匀。不锈钢丝带具有连续结构和形状定形等特点,蓄热器内的温度分布最均匀。在放热时,纯石蜡蓄热器的出口水温下降最快,石蜡添加铜粉的蓄热器次之,石蜡添加硅粉的蓄热器出口温度略高于石蜡添加铜粉的蓄热器,而石蜡加不锈钢丝带的蓄热器出口水温最高。(2) 对采用氢氧化钡(Ba(OH)2(8H2O)相变蓄热材料的、利用不锈钢丝带进行换热强化的汽-液-固相变蓄热器进行了实验研究。实验结果表明:在蓄热过程中封装蓄热板上的温度分布均较均匀;当封装蓄热板内蓄热材料相变时,蓄热板表面的温度随时间变化很小;而在开始相变前和完全相变后,蓄热板表面的温度随时间变化很大。同石蜡相变螺旋盘管蓄热器相比较,氢氧化钡(Ba(OH)2(8H2O)汽-液-固相变维持较高水温的时间最长,单位体积蓄热量最大,放热强度最高,蓄热和放热性能最优良。(3) 对季戊四醇的固体颗粒堆积床相变蓄热和放热特性进行了实验研究。实验结果表明:在开始加热时,空气进口段堆积床的温度上升比较快,随着蓄热的进行,温度升高减慢;当季戊四醇的温度基本达到相变温度,温度分布比较均匀,出口温度也基本保持不变。当开始放热时,堆积床进口处蓄热材料的温度下降梯度较大,后段温度下降很缓慢。随着时间的增加,蓄热床内各点的温度均下降,并出现中段温度高,两侧温度低的现象。蓄热材料将蓄热量全部放完需要4小时。在实验中观察到明显的升华现象,实验完成后,部分蓄热材料已经损失。对固-固相变材料颗粒堆积床蓄热器的放热特性进行了理论分析,建立了<WP=5>(4) 相应的简化模型,并提出了理论计算公式和计算方法。计算结果表明:在放热过程中,进口冷空气被加热;随着时间的增加出口空气温度逐渐降低,相变界面向颗粒中心移动;在同一时刻,颗粒直径为6mm时的空气出口温度低于颗粒直径为5mm时的空气出口温度。
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