基于复合相变材料储热单元的储热特性

对基于复合相变材料储热单元的储热性能进行了研究。建立了复合材料和储热单元体内部的二维传热模型,考察了复合材料物性和结构尺寸及传热流体操作条件(流体流速)对单元体储热性能的影响,对比了两种不同结构单元体的储热性能,并搭建实验平台进行了实验对比研究。对比结果表明,模型结果与实验结果趋于一致,验证了模型的准确性。复合材料物性和结构尺寸及传热流体操作条件对单元体储热性能有较大的影响。相比较单管储热单元体,同心管储热单元体有着更优的储热特性,在相同的操作条件下,同心管储热单元体的储热、放热时间较单管储热单元体分别减少10%和15%。

组合相变材料柱状储热单元的储热特性实验研究

主要研究由硬脂酸、切片石蜡和月桂酸三种相变材料组合的圆柱型储热单元的储热特性。测试结果表明 ,与单一相变材料的储热单元相比 ,组合相变材料的储热单元的储热速率明显提高。

偏心管翅式相变储热单元性能强化的模拟

对管翅式相变储热单元进行了二维非稳态模拟研究。在考虑自然对流与外管传热的情况下对比研究了同心管翅、偏心管翅以及翅片接触外管三种储热单元的传热特性。考虑了内管壁温度、外管材料、翅片厚度对储热性能的影响。结果表明,与采用同心管翅时相比,由于自然对流的影响,偏心管翅储热单元有效削弱了固-液界面分布不均匀现象,完全融化时间减少了29.3%,而当翅片接触金属外管时,通过翅片的传热外管温度迅速升高,增大了换热面积,完全融化时间减少了近49.3%。可见,翅片接触外管储热单元不仅削弱了自然对流引起固-液界面分布不均匀现象,而且利用了外管的传热,强化了储热换热性能。

偏心分形翅片管相变储热单元性能强化模拟

为了探索偏心分形翅片管对相变储热单元性能强化的作用机理,对偏心分形翅片管相变储热单元中石蜡的熔化展开了二维非稳态模拟研究。在考虑自然对流的情况下对比研究了偏心矩形翅片和偏心分形翅片两种储热单元的传热特性。并对偏心分形翅片结构进行了局部强化,选择矩形翅片、Y型翅片和分型翅片3种方案。结果表明,偏心分形翅片结构对自然对流的促进高于偏心矩形翅片结构且整体温度分布更均匀,这与分型翅片可以促进热量由点到面的扩散相符。在3种局部强化方案中,偏心分形翅片强化效果最佳,且整个过程的熔化速率都有提高,使熔化时间缩短了70%。这对管壳式相变蓄热器的性能提升提供了很好的理论指导,进一步扩展了其在储能领域的应用前景。

石蜡/膨胀石墨复合相变储热单元的放热性能

本工作对石蜡(PA)及石蜡/膨胀石墨(97%PA/3%EG和95%PA/5%EG)复合相变储热材料的热性能进行了探究,考察了不同直径储热单元在干燥介质温度为25℃,风速为0.8 m/s条件下的放热性能。结果表明,在石蜡中添加膨胀石墨后,复合材料导热系数较纯石蜡分别提高了178.10%和214.30%,可以有效改善石蜡的导热性能,缩短放热时间;储热单元直径对放热性能有显著影响,随着石蜡相变储热单元直径的增大,放热时间线性增加;膨胀石墨的添加可以明显缩短放热时间,随膨胀石墨含量的增加,相同直径储热单元的放热时间逐渐缩短;膨胀石墨对储热单元放热性能的改善效果随直径变化而不同,在一定范围内随储热单元直径的增大而效果逐渐显著,达到极值后随直径的增大效果逐渐减弱,本实验条件下,最优储热单元直径在35～50 mm之间。结合实际生产需求,最优直径为35 mm。

电网大规模电储热单元优化调度模型研究

随着电-热系统耦合程度的不断加深,在保证系统运行灵活性的基础上,充分考虑电-热耦合关系,进一步提高新能源消纳水平是电力系统发展所必须面对的问题。首先对装设于发电厂侧的储热装置的运行特性进行分析,在此基础上构建了储热单元就地控制与远方控制的优化控制策略;并将其纳入日前发电计划,构建了考虑储热单元控制策略的系统电-热优化调度模型。为了验证所构建模型的合理性,基于辽宁省电网的实际数据,分析了所构建模型对辽宁省风电消纳能力的提升效果,并对该模型下的电量效益进行了计算分析,有效验证了该模型的合理性与有效性。

石蜡/Fe_(3)O_(4)纳米颗粒复合相变材料在管壳式储热单元中的储/放热性能研究

相变储热技术凭借其储热密度高、温度波动小、成本低廉等优势在太阳能利用和余热回收等领域具有巨大应用潜力,但相变材料的低导热系数严重限制了其实际应用。为此,本文运用“两步法”制备出不同质量分数的石蜡/Fe_(3)O_(4)纳米颗粒高导热系数复合相变材料,对其热物性进行了综合表征,并将其与纯石蜡在管壳式储热单元中的储/放热性能进行了对比研究。研究结果表明:与纯石蜡相比,Fe_(3)O_(4)纳米颗粒能够有效地提高复合相变材料的导热系数;当纳米颗粒的质量分数为5%时,固态和液态导热系数分别提升了53%和79%,完全熔化和凝固时间可分别缩短29.69%和29.81%;尽管复合相变材料的储热量和放热量分别下降了5.62%和7.32%,但是储热和放热过程的㶲效率分别提升了0.43%和3.37%;Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的添加降低了储热和放热过程中的自然对流强度。

导流隔板式相变储热单元性能强化的模拟

传统相变储热单元采用简单内外套管结构,其换热性能因相变过程中固-液界面分布不均匀而受到限制,为此提出了水平隔板式与倾斜导流隔板式这2种新型套管。建立了3种套管的数学及物理模型,对其相变过程进行了二维非稳态模拟计算,比较了这3种结构换热性能的差别,并对影响导流隔板换热性能的因素作了分析。与传统结构相比,水平隔板使相变材料(phase change material,PCM)融化时间缩短了40.2%,倾斜隔板使融化时间缩短了65%。结果表明,导流隔板有效削弱了PCM融化过程中的固-液界面分布不均匀现象,有效缩短了PCM融化时间,并且通过调整隔板数量及倾斜角度可进一步提高套管换热性能。

介质条件对不同管径石蜡单元储热过程的影响

在介质温度为65℃,70℃,75℃,风速为0.4m/s,0.6m/s,0.8m/s条件下,研究了直径分别为20mm,25mm,30mm,35mm,50mm石蜡储热单元的储热过程。结果表明,介质温度越高,储热单元完成储热所需时间越短,提高温度主要缩短了储热单元的潜热储热时间。风速对直径小的储热单元储热过程影响更明显,直径较小时,风速越高,储热过程所需时间越短。储热单元直径越大,完成储热过程所需时间越长。本实验中,温度为75℃条件下,0.8m/s,直径20mm的储热单元储热时间最短,为21min;温度为65℃条件下,0.4m/s,直径50mm的储热单元储热时间最长,为175min。在太阳能干燥过程中,根据实际的介质条件,确定储热单元的直径,可以提高储热效率,更好地发挥储热单元的储能作用。