三套管式加肋相变蓄热单元的强化传热特性

相变蓄热技术在利用工业余热、太阳能等解决热能与用户之间的供需不平衡问题方面起着重要的作用,然而受相变材料自身物性的限制,蓄热熔化时仍存在蓄热速度低、熔化不均匀等问题。本文以三套管式相变蓄热单元为基本结构,利用FLUENT软件模拟研究了在考虑自然对流情况下添加纵向肋片的不同参数(肋片数量、长度、厚度、偏心距及肋片排布方式)对三套管式相变蓄热单元蓄热性能的影响。结果表明,三套管式蓄热单元内外双壁面共同加热,与普通套管式蓄热单元相比,换热面积增大,相变材料全部熔化需要的时间缩短;加装纵向直肋片的三套管蓄热单元的熔化速度进一步加快,相同数量肋片下,肋片的长度和厚度是影响蓄热单元蓄热量与平均蓄热速率的主要因素,肋片长度占相变材料区域径向长度的50%时,蓄热单元的熔化速度加快幅度明显且蓄热量与平均蓄热速率较高。通过优化设计,发现内管向下偏移距离e对相变材料的熔化过程作用显著,偏心距离较短时相变材料完全熔化所需时间最少,相比光滑管蓄热单元,相变材料的熔化速率提升了48.5%,偏移距离过长则会延长蓄热时间;通过加密蓄热单元底部外层肋片的排布,蓄热单元的熔化进程有不同程度的加快,总体蓄热速率较原肋片结构有所提高。

共晶物相变蓄热材料制备及性能测试的实验设计

节能减排是当今社会的关注重点。利用共晶物相变蓄热材料在相变过程的蓄放热技术是实现太阳能、工厂余热等能源综合利用、提高能效、降低二氧化碳排放、保护环境的最有效手段之一。共晶物相变蓄热材料实验涉及原料配方及制备工艺、晶体结构及形成机理以及产品热物性能等专业内容,可设计为综合化学实验。该课题的实施培养大学生配方设计能力和大型仪器设备动手操作技能。

太阳能被动式通风与建筑相变蓄热耦合技术研究进展

太阳能被动式通风(Solar Passive Ventilation,SPV)技术与建筑相变蓄热(Building Phase Change Heat Storage,BPCHS)技术是当前建筑节能的有效策略,两者有机结合能够显著提高太阳能利用效率、降低建筑能耗与改善室内热环境。通过对国内外有关文献调研分析,概述了太阳能被动式通风与建筑相变蓄热技术各自原理与分类,同时阐述了技术特点及其研究进展。基于太阳能被动式通风与相变蓄热在建筑应用的现状,论述了相变蓄热强化太阳能被动式通风原理及其有机耦合形式,包括相变Trombe墙、相变烟囱、相变通风屋顶等多种结合方式。此外,为了有效反映被动式通风特征与相变蓄热耦合流动-传热过程,系统总结了通风数值模型、相变蓄热求解模型以及耦合系统模型与相关实验研究。概括了太阳能被动式通风与建筑相变蓄热耦合(SPV-BPCHS)技术关键影响因素及其评价指标,指出了其对建筑室内热环境影响特性。调研结果表明,SPV-BPCHS技术能有效降低建筑能源消耗、提高太阳能建筑利用率和改善室内热环境效果,但仍应加强对高效低碳材料的研究及耦合技术稳定性研究,同时该耦合技术实验可行性也需要进一步验证。将为提高太阳能利用率和建筑室内环境耦合强化提供新的技术途径。

多孔金属泡沫强化石蜡相变蓄热性能

针对石蜡(PW)相变材料热导率低和易泄漏的问题,采用“冰模板法”制备多孔金属泡沫铝作为支撑骨架,通过“真空浸渍法”将石蜡渗入金属泡沫铝的多孔结构中,制得化学性质稳定的相变复合材料(PCC),并对其形貌结构、防泄漏性能、热循环稳定性、热响应性能和热导率进行测试。结果表明,随着铝骨架比例的增加,泄漏情况随之减弱,有效提高了PCC的防泄漏性能。在此基础上对其热物性进行研究,金属泡沫的引入并未影响PW的相变温度,PCC的熔化和凝固峰值分别稳定在61℃和51℃。然而随着铝骨架比例的增加,PCC的相变焓值呈现下降趋势。经50次相变循环后,PCC的熔化和凝固焓值均基本保持稳定,其中PW@30Al样品的熔化和凝固焓值分别维持在116 J/g和118 J/g,表现出良好的热循环稳定性和相变可逆性。此外,随着铝骨架比例的增加,PCC的导热性能逐渐提高、热响应速度更快,其中PW@30Al样品的热导率由PW的0.2 W/(m·K)增加至3.1 W/(m·K),提高了约15倍,在相变蓄热和热管理等领域具有广泛的应用前景。

多通道平行流扁管-紧凑式翅片相变蓄热器蓄/放热性能

工业余热浪费严重、利用率较低且实际应用过程中受到时间和空间的限制,需要高效蓄热技术和装置来解决此类问题。提出一种将多通道平行流扁管与紧凑式翅片相结合的新型相变蓄热器,以水为载热流体,月桂酸为相变材料。实验研究了载热流体注入方式、流量、入口温度对蓄热器蓄/放热性能的影响,并分析小温差下蓄热器的传热特性。结果显示,该蓄热器相变材料填充率为82.5%,紧凑式翅片的采用极大强化了相变材料侧换热过程,蓄/放热性能优良。当载热流体入口温度分别为45℃和41℃时,相变材料约在270 min和75 min完成相变,最小蓄/放热温差可达2℃,最小温差时的平均蓄热比功率为25.18 W/kg,平均取热比功率为20.23 W/kg。

碳纳米管直径对石蜡相变蓄热性能的影响

针对石蜡导热性差、蓄热效率低等问题,利用含碳材料的高热导性改善石蜡蓄热性能。将8~12 nm、10~20 nm、20~40 nm三种不同直径的碳纳米管粉末,以5%的质量分数加入到石蜡中,研究不同碳纳米管直径对石蜡蓄热性能的影响以及碳纳米管/石蜡复合相变材料各向导热特性。实验结果表明:随着碳纳米管直径的减小,复合相变材料的比热容和潜热值降低,与纯石蜡相比,相变温度约降低1℃,潜热值下降2.6%~3.4%,比热容减小16.2%~16.5%。导热系数及热扩散率提高,缩短了石蜡融化时间,8~12 nm的复合材料融化时间缩短18.2%~46.7%。垂直方向的温度均匀性也得到有效改善。小直径的碳纳米管对石蜡复合相变材料蓄热特性具有较好的改善效果。

相变蓄热型空气源热泵系统与太阳能互补供暖系统的优化研究

结合相变蓄热型空气源热泵与太阳能供暖,可在充分利用太阳能资源的同时,提升系统供热能力。为保障供热效率,提供高质量的能量资源,针对相变蓄热型空气源热泵系统与太阳能互补供暖系统的优化展开研究。根据相变蓄热型空气源热泵的热转化模式及热能转化效率,分析供热系统的热力作用效果,在此基础上,对太阳能供暖系统的供热性能进行深入研究。结合上述两者的应用优势,分别从优化相变材料配置、提升太阳能集热器效率、优化系统控制策略、改进热能传输与利用等多个方面着手,定义具体的供暖系统优化设计方案。

相变蓄热地板的研究现状与展望

相变材料(PCM)是一种储能材料,具有高蓄热性能。在建筑领域中,相变材料可用于地板辐射供暖系统中,通过利用相变储能地板能够储存和释放大量的潜热,可以实现削减供热系统负荷峰值的目的,从而达到建筑节能的效果。本文对目前蓄热技术、相变地板辐射采暖技术进行了总结,并简述相变材料物化性、地板结构及封装定形技术对其热性能的影响。最后,对其未来的研究方向进行展望。

套管式太阳能相变蓄热器强化传热数值模拟

因太阳能相变蓄热技术节约资源、保护环境,符合我国目前的能源发展要求,而受到研究人员的关注。而太阳能具有间歇性、不稳定等特点增加了其利用的难度。通过有限元数值分析方法对套管式相变蓄热器进行模拟,探究相变材料(phase change materials,PCM)在太阳能相变蓄热器中的作用。结果表明,添加膨胀石墨可大幅度提升太阳能蓄热器的蓄放热效率。相比于传统石蜡蓄热,在入口速度、环境温度等初始条件相同时,添加质量分数为20%的膨胀石墨的石蜡蓄热时长缩短了91.11%,起到强化传热的效果。该研究为研制太阳能热水器、高效换热器及建筑节能和其他领域的热能储存等提供重要参考。

户用相变蓄热电锅炉供暖系统性能模拟研究

为探究相变蓄热电锅炉系统用于北方农居单户供暖的系统性能,本文以河北省张家口市某农居的相变蓄热电锅炉供暖系统为研究对象,利用TRNSYS软件搭建了相变蓄热电锅炉供暖系统仿真模型,模拟预测了相变蓄热电锅炉供暖系统的供热能力和经济性。研究表明:一个供暖季(152天)内,户用相变蓄热电锅炉供暖系统在全谷电蓄热运行的条件下,系统供暖不保证天数共计9天,系统的供暖天数保证率为94%。系统一个供暖季的总供热量为12790kW·h,单位面积总供热量为0.43GJ/m2。相变蓄热箱的蓄放热效率为86%,相变蓄热箱承担的供热量占系统总供热量的37%。系统一个供暖季的总耗电量为16459kW·h,其中谷电耗电量占系统总耗电量的95%,供暖能效比为0.78。在享受当地政府的相关补贴政策后,系统一个供暖季的运行成本为28元/m2;对于仅需要热源改造的用户而言,系统费用年值为38元/m2,投资回收期为4年。

管壳式相变蓄热器的蓄释热过程性能分析

【目的】探究相变蓄热器不同布置方式对相变过程的影响,进一步分析多管蓄热器的简化方式。【方法】基于焓-孔隙率法建立管壳式石蜡蓄热器蓄释热过程计算模型,研究卧式、立式布置下单管外石蜡的相变过程,并分别对比单管、多管蓄热器顺排及周期性错排等对其蓄释热过程的影响。【结果】卧式单管蓄热时长比立式缩短了18%,但二者释热时长相差不大;与蓄热过程不同,释热过程以热传导为主要传热方式,因此相对缓慢,释热时长相比蓄热时长增加了20%以上。多管蓄热器蓄释热过程所需时长略大于单管蓄热器,但其增加时长均未超过10%,蓄释热速率曲线基本与单管一致。通过进一步研究发现,当多管蓄热器中每根管周围包裹的石蜡体积及包裹方式相同时,不同排布方式不会对蓄释热过程产生较大影响。【结论】相比立式布置,卧式布置可有效提升单管外石蜡的熔化速度,且蓄热过程的强化效果相比释热过程更明显。此外,在分析多管蓄热器蓄释热过程性能时,可采用单管或部分周期性管道进行简化。

太阳能相变蓄热材料应用研究

作为一种可再生、清洁的绿色能源,太阳能在当今世界的能源结构中扮演着越来越重要的角色。相变蓄热技术因其具有高能量存储密度和能够在几乎恒定温度下释放或吸收热量的优点,已成为提高太阳能利用率的关键途径之一。然而将相变材料应用于太阳能蓄热系统中也面临一系列挑战,尤其是热循环稳定性。通过重点介绍相变蓄热材料的类型、性质、制备及热性能优化,探讨当前该领域面临的挑战及未来发展方向。随着新材料和技术的开发,相变材料有望在未来的能源系统中发挥更重要的角色。

相变蓄热技术在建筑节能中的应用分析

随着全球气候变化和能源问题的日益突出,建筑节能成为一个越来越重要的话题。相变蓄热技术作为一种新型建筑节能技术,具有很大的潜力。文章通过对相变蓄热技术的原理、特点及在建筑节能中的应用进行研究,探讨了相变蓄热技术在未来建筑节能中的发展方向和应用前景。旨在为建筑节能领域的研究和实践提供参考和借鉴,为相变蓄热技术的应用提供新思路和方法。

不同进水口温度下相变蓄热器传热特性研究

高能效的热泵技术是解决碳排放问题的有效技术手段。相变蓄热技术可进一步提升热泵系统的能效比并解决热量供需端的不匹配问题。设计相变蓄热式热泵热水器的蓄热箱体,建立蓄热式热水换热器的三维瞬态模型,探索进水口温度与相变蓄热材料之间的传热特性。模拟计算可知:进水口温度越低,传热温差越大,热流密度越大,进水口温度为15℃较进水口温度为25℃供应80℃热水时间短14.5%左右。模拟计算结果验证了蓄热式热泵热水器的可行性,为热泵热水器进一步应用提供了理论依据。

相变蓄热技术在太阳能供暖系统中的应用分析

介绍了相变蓄热技术在太阳能供暖系统中的应用,包括相变材料的选择、相变储热系统的设计等方面。通过对相变蓄热技术在太阳能供暖系统中的应用进行分析,总结相变蓄热技术可以有效提高太阳能供暖系统的热储存效率,从而提高系统的整体效率和可靠性。

梯级相变蓄热技术的研究现状及展望

相变蓄热技术具有相变过程温度变化小、蓄能密度大等优点,成为蓄热技术的研究焦点。作为相变蓄热技术研究热点之一的梯级相变蓄热技术能有效地强化传热,提高相变装置的充放热速率,具有广泛的应用背景。通过介绍梯级相变蓄热技术的工作原理和国内外的研究现状,提出了梯级高温相变蓄热装置亟待解决的关键问题,分析展望了梯级相变蓄热技术的应用前景。

日光温室带竖向空气通道的太阳能相变蓄热墙体体系

基于已有日光温室专用多曲面槽式空气集热器,提出一种带竖向空气通道的太阳能相变蓄热墙体构筑体系,通过主动与被动相结合的蓄热方式,提高日光温室后墙体的太阳能热利用率。为了验证构筑体系的科学性和可行性,分别搭建了日光温室专用多曲面槽式空气集热器试验系统和带竖向空气通道的相变蓄热墙体试验系统,分析了太阳辐射强度、集热器内空气流速、日光温室中间显热蓄热墙体层内空气流动参数（空气流速、空气通道间距、空气流动方向）等对空气集热器太阳能热利用率以及墙体主动蓄热能力的影响规律。研究结果表明：当集热器内空气速度为1.4-1.8 m/s时,集热器的综合集热性能最佳,集热量随着太阳辐射强度的增加而升高;当墙体内竖向空气通道间距为400 mm、空气通道内空气速度为0.26 m/s、空气流动方向为上进下出时,相变蓄热墙体换热效率为66.2%,主动蓄热量约为9.43 MJ/m3,其中中间砌块层的蓄热量约占82.3%,墙体日蓄放热效率为98.4%。

严寒地区太阳能—土壤源热泵相变蓄热供暖系统

介绍了一种节能环保的供暖方式—太阳能-土壤源热泵相变蓄热供暖实验系统。详细阐述了系统的主要运行模式,并应用该系统在严寒地区进行实验研究。通过分析系统在不同的供暖时期的运行特性可知,在供暖过渡季的系统平均供热系数达到6.13,在供暖中期系统平均供热系数为2.94。同时预测该系统应用在其它供暖地区,节能效果更加显著。

相变蓄热水箱的设计与运行特性研究

以肉豆蔻酸/膨胀石墨作为储热相变材料,分析肉豆蔻酸/膨胀石墨应用于水箱蓄热的可行性,计算出相变蓄热水箱临界取热温差为103.1℃,研制一种具有均流结构的相变蓄热水箱,并在此基础上设计一套用于测试相变蓄热水箱运行特性的实验系统。实验研究不同蓄热温度、储热单元数量和水箱内不同流速下相变蓄热水箱的蓄/放热特性。研究结果表明:融化过程中,较大的温差能加快相变材料的蓄热速率;在凝固过程中,为使储热单元热量释放出最多的可利用热量,水箱内水流速率取0.012m/s较适宜;相变单元可有效降低水箱内热水温度的下降速率,在包含150L蓄热介质的水箱中,取热温差为30℃,流量为3.3L/min的情况下,当蓄热单元占用水箱体积9.84%时,可比相同体积常规蓄热水箱多提供20%温度不低于40℃的热水。

相变蓄热同心套管传热模型和性能分析

建立了一种简便的相变蓄热同心套管传热模型，用来求解相变材料在相变过程中流体温度和相变界面随时间和轴向位置的变化规律。模型中考虑了相变材料导热热阻和有效传热面积随时间和位置的变化，适用于流体入口温度和流量随时间变化的情况。计算值与有关文献值吻合，验证了模型的正确性。藉此模型对文献［７］中相变贮能换热器的储、放热性能进行了模拟分析。