Comparison and Performance Analysis of Heat Storage Equipment in Solar Heating System

Solar heating system is widely used recently. Heat storage equipment is the guarantee for steady performance of solar heating system. A design of latent heat storage exchanger with submerged coil was introduced with the structure, working principle, and the main advantages. This heat exchanger was integrated into solar heating system as the heat storage equipment. Advantage comparison of the designed heat exchanger in solar heating system with hot water tank was carried out. The analysis results show that the latent heat storage exchanger is superior to hot water tank obviously. The heat exchanger performance parameters and variations of these parameters are got： （1） with the increase of phase change material （PCM） volume ratio, heat storage equipment volume ratio decreases; （2） heat storage efficiency has the same varying tendency with outdoor and air temperature; while the bigger PCM volume ratio is, the weaker the effect of outdoor air temperature on heat storage efficiency is; （3） heat storage capacity and heat storage efficiency increase together; when PCM volume ratio is big, heat storage efficiency is high and the system can begin operating effcienfly and quickly; （4） with the increase of heat storage capacity, life cyde operation cost （LCOC） of system increases gradually in high speed; but with the increase of PCM volume ratio, the difference between the two systems LCOCs becomes smaller and smaller; （5） the reasonable range of PCM volume ratio is 0.5 - 0.7. Temperature characteristic analysis shows that, with the filled PCM, heat storage medium temperature presents several segments at different time, under conditions of different heat storage capacity and different PCM state.

甘露醇复合相变蓄冷材料的制备及性能研究

为满足南美白对虾微冻贮藏保鲜温度的要求,研制了一种低温复合相变蓄冷材料,该材料以甘露醇水溶液为主储能剂,以氯化钾水溶液为降温剂,以高吸水树脂为增稠剂。测试复合相变蓄冷材料的相变温度、相变潜热、导热性能、腐蚀性和热循环稳定性,确定最终配比。结果显示:当甘露醇质量分数为3%,氯化钾质量分数为2%,高吸水树脂质量分数为1.8%,复合相变蓄冷材料的相变温度为-5.5℃,相变潜热为295.7 J/g,无过冷度,导热系数为5.065 W/(m.K)。对铜片和铝片基本无腐蚀,50次循环实验表明复合材料稳定性好。

考虑热储灵活配置与热网水力热力特性的电热综合能源系统优化规划

电热综合能源系统优化规划可以定量决策电热耦合系统转型,在规划层面充分开发风电消纳路径。为此,提出一种考虑热储灵活配置与热网水力热力特性的电热综合能源系统优化规划方法。基于变流量-变温度策略构建热网模型,建立电力系统与灵活热源-热网-热储协同规划模型。提出预定参数型、功率平衡下最优投资型、变流量温度下最优投资型、时间系数离散型4种热储建模方法,实现热储灵活配置,采用二项式凸松弛和大M法将非线性规划模型转化为混合整数二阶锥规划模型求解。通过算例分析验证了所提方法可以有效提升规划方案的经济性,保证系统运行可行性,实现风电高比例消纳。

潜热储能系统热力特性研究及应用分析

研究搭建了一小试规模的潜热储能系统,能对200~300℃的热量进行存储、释放,通过不同方式表征所使用相变材料的物理性质,研究其与应用场景的匹配性,同时分析所设计系统循环过程中的参数变化,研究系统热力特性。试验结果表明:所用二元硝酸盐能够稳定的储存温度200~290℃的余热,所使用的带螺旋型翅片换热管的潜热储能系统具有较高的热效率,试验台储热耗时51.75 min,完成47.809 MJ的能量储存,放热耗时43.5 min,释放出46.209 MJ能量,系统的储热效率为79.16%,放热效率为79.15%。在系统的循环过程中,系统累计输入能量60.398 MJ,输出能量36.578 MJ,循环效率为60.56%。

相变能+热泵供暖系统实验研究

针对我国北方山区冬季没有合适热源供暖的问题,基于水-冰相变凝固换热原理,利用水相变的凝固潜热作为热泵机组的低温热源,设计研发了相变能+热泵供暖系统并进行实验研究。研究表明:系统在凝固换热阶段,结冰厚度达到30 mm时,综合传热系数为151 W/(m^(2)·K),系统有效能效比为3.52;本次设计循环周期为4 h,传热系数取150 W/(m^(2)·K),确定U型蓄冰槽的储能量与换热量;融冰能耗占比为5.6%,融冰时间为26 min;实验系统可满足300 m^(2)房屋的供暖需求。

大型蓄热球罐温度场的模拟与试验研究

基于新型储能如兆瓦级压缩空气储能和含高比例新能源电力消纳对于大规模、高中温介质储能技术的实际需求,采用大型承压球罐作为蓄热容器的工程项目越来越多,球罐具有相同容积表面积最小、承压能力比柱罐更高等明显优势,但也因球罐其特殊的形状,在水的斜温层蓄热应用上较少。本文采用了仿真和试验的方式研究了大型蓄热球罐在高参数水蓄热和放热过程中内部温度场,对比分析了罐体内温度变化、斜温层水容积、球罐蓄热效率。试验结果表明通过布水优化设计,200 m^(3)球罐的实际蓄热效率超过91%。本文研究结果验证了球罐作为一种新的水蓄热容器特别是在冷热同罐的高参数水蓄热系统上的可行性,为后续大型中温球罐蓄热系统设计、应用提供有益参考。

相变储热材料研究进展

对储热特别是相变储热材料的研究进展进行了综述.根据不同相变温度对相变储热材料进行分类,重点介绍了目前广泛应用的相变储热材料的重要性能、制备方法、应用及存在的问题,并对相变储热材料的下一步研究进行了展望,提出将相变材料的研究与相变储热换热器和热管理理念相结合是发展高效储能系统的主流发展方向.

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。

低熔点熔盐蓄热罐内温度分布与散热损失实验

为了研究熔盐蓄热罐内的温度分布变化与散热规律,采用课题组搭建的槽式聚光熔盐集热、传热与蓄热实验台中的熔盐罐作为实验装置,通过加热、内循环及冷却等实验,得到了罐体在各运行状态下的温度分布数据,并分析拟合得到了自然冷却降温阶段熔盐罐散热功率随时间和温度的变化曲线。实验结果表明:加热时,加热器下部熔融盐出现明显的温度分层现象。混合均匀后的冷却降温过程,熔融盐基本不出现温度分层现象。

相变储能材料的相变过程温度模型

基于集总参数法和矩形相变等效比热假设建立了相变材料的相变过程温度模型.该模型与实验结果吻合很好.利用该模型定量研究了环境温度、相变潜热、相变温度范围和换热效率等多种因素对相变行为的影响,初步得出如下结论:环境温度对相变开始时间和持续时间均有明显影响,随着环境温度的升高,该二时间呈指数形式下降;相变材料的潜热对相变开始时间没有影响,对相变持续时间有明显影响,持续时间随潜热线性增加;相变温度范围对相变开始时间也没有影响,而相变持续时间随相变温度范围的增加平缓地增加;相变材料与环境之间的换热效率显著影响相变过程开始和持续的时间,二者随换热效率的提高呈指数形式下降.

太阳能地面采暖系统蓄热水箱容积分析

通过分析太阳能采暖系统所需蓄热量与建筑热负荷、太阳能集热量日变化规律之间的关系,得出太阳能采暖系统所需蓄热水箱容积的理论算式。根据拉萨、银川、西宁、西安等地的太阳辐射强度及建筑热负荷的日变化规律,模拟得出系统所需蓄热量变化规律;并对各种蓄热温差下对应的蓄热水箱容积进行了模拟分析,结果表明:太阳能采暖系统所需蓄热量随太阳集热器的集热量与建筑热负荷之间的差值增大而增加;蓄热水箱容积随蓄热温差增大而减小,当蓄热水温达到80℃时,在各种地面采暖系统取水温度下,单位集热器面积所需蓄热水箱容积趋于相等。

中温相变蓄热装置蓄放热性能的数值分析与实验研究

以所研制的相变温度为76℃的相变蓄热装置为研究对象,通过数值模拟和实验研究,对该相变蓄热装置的蓄、放热性能进行了模拟分析与实验验证。研究结果表明:所研究的相变温度为76℃的中温相变蓄热装置具有良好的蓄、放热性能,为在太阳能利用、工业废热利用以及暖通空调蓄热等领域的工程应用提供了可能。

低温相变储能材料研究进展

介绍了国内外低温相变储能材料及其载体的研究进展,结合本课题组的研究结果和文献报道,对低温无机相变材料、低温有机相变材料中的一元、二元及多元相变材料和无机-有机相变材料进行了阐述和分析,针对不同储能材料存在的问题,提出了相应的策略,最后对低温相变储能材料的研究重点及应用领域作了展望。

中温相变蓄热装置的蓄放热性能研究

以相变温度为80℃的相变蓄热装置为研究对象,根据建立的相变传热分析模型,应用数值模拟的方法,研究了蓄热体——相变材料的热物性参数、几何尺寸、填充率,以及热媒体——热水的流速等因素对蓄热装置蓄、放热规律及其特性的影响．研究结果表明,当板状定形相变材料的导热系数在0．4W/(m·K)左右、板厚为8 mm、相变材料的填充率在65%～75%、热媒体流速为5～8mm/s时,蓄热装置可获得较高的蓄、放热效率．

浮顶油罐降温储存高凝油品

介绍了改进后的浮顶式储罐加热装置的设计原理及结构,对其应用于间歇供热条件下储存高凝油品的安全性与可靠性进行了分析,并用模型罐进行了模拟试验。结果表明,新设计的加热装置可以使因间歇供热而凝结的浮顶式储油罐安全解凝,快速恢复作业。降温储存高凝油品是可行的。

广州亚运城双水箱太阳能集热系统运行工况研究

针对广州亚运城采用的双水箱太阳能集热系统进行了运行监测,与传统单水箱太阳能集热系统比较,分析得出两种系统集热效率差异的原因;同时,利用实测数据优化双水箱太阳能集热系统的运行工况发现,通过提高集热水箱放水量与降低集热水箱定温放水控制温度可以进一步提升系统集热性能。

LNG储罐外罐施工期间的温度应力及裂缝分布

大型LNG储罐外罐在混凝土浇筑过程中,水泥水化热会导致外罐产生较大的温度应力,从而引起混凝土开裂,将严重影响储罐的耐久性。为此,以山东某大型LNG储罐混凝土外罐为研究对象,采用ADINA有限元软件建立了精细化的LNG储罐有限元模型,按照实际的施工顺序与时间,模拟了LNG储罐外罐混凝土分层浇筑过程中的早期温度场分布;在考虑混凝土龄期效应的基础上,将外罐的温度场和结构场进行耦合,分析了外罐的温度应力及裂缝分布情况,评估了外罐混凝土开裂的风险。结果表明:1外罐在施工期间将产生较大的内外温差,引起较大的温度应力;2第1浇筑层的温度应力明显大于其他浇筑层,且第一主应力为环向应力,将使此处混凝土产生沿竖向开展的裂缝;3因为约束作用减弱,其他浇筑层混凝土产生温度裂缝的可能性很小。该研究成果为LNG储罐外罐温度裂缝控制提供了参考。

Mg基高温相变储热共晶合金熔化相变焓的研究

选取Bi、Sn、Cu、Zn、Ni、Si等元素分别加入Mg基体中,熔炼得到7种Mg基二元和三元高温相变储热共晶合金。运用固溶体准化学模型及其2种简化形式对Mg基共晶合金的熔化相变焓进行计算,并通过DSC实测值对预测值进行验证。结果表明,7种Mg基共晶合金的实测熔点在450~600℃范围内,实测熔化相变焓200kJ/kg左右。由简化模型得到的预测值同实测值匹配度较高,能够用于Mg基多元共晶合金熔化相变焓的预测。此外,提高熔化熵值高的元素比例并增加组元数,可以提高共晶合金体系的熔化相变焓。

一种新型高温复合相变蓄热材料的制备

采用粉末烧结工艺将相变材料Na2CO3和基体材料MgO进行复合,制成一种新型高温复合相变蓄热材料.通过XRD和TG?DTA分析,结果表明:由Na2CO3/MgO构成的复合相变蓄热材料具有良好的化学相容性,在845℃时出现吸热峰.通过对其蓄热密度的计算可知:制备成的蓄热材料具有蓄热密度高的特点,能够实现高温蓄热.

热应力作用下LNG储罐外罐裂缝及失效时间分析

对于大型液化天然气储罐,内罐泄漏时,由于内外表面温差产生的巨大热应力对于外罐裂缝开展及储罐失效有非常重要的影响。为了获得外罐裂缝的开展规律以及储罐失效时间以便指导实际工程的设计与维护,利用传热学与弹塑性力学相关理论,提出了一种应力叠加方法,近似计算在内罐泄漏时外罐出现裂缝的内外温差,并且结合数值模拟结果进行对比分析,验证理论方法的准确性,确定裂缝开展规律,最终求得内罐从最不利泄漏点开始泄漏到外罐内侧混凝土开裂的储罐失效时间。结果表明:①内罐泄漏时,热应力巨大,不可忽略,热应力和其他荷载共同作用导致外罐产生大量裂缝,裂缝首先在外罐顶部内表面产生,并迅速向外表面开展,最终贯穿罐顶,导致储罐失效;②首次求得了储罐从内罐开始泄漏到外罐产生裂缝的最小时间,在此时间内采取有力措施及时处理,对控制事故发展、避免发生严重灾害具有重要意义。