太阳能相变蓄热炕的实验及数值模拟研究

为实现太阳能相变蓄热炕的快速升温,采用毛细管网及配置高导热复合相变材料来提高炕体的热响应时间,通过数值模拟与实验研究相结合的方法对炕体的热工性能进行研究。本文首先对比不同熔点石蜡的差示扫描量热(differential scanning calorimetry,DSC)曲线,选取35#石蜡作为研究对象,采用熔融混合法制备不同配比的石蜡-膨胀石墨复合定形相变材料;并通过渗漏测试确定最佳配比。实验表明:当膨胀石墨质量分数为8%时,复合定形相变材料渗漏率较低,为兼顾储热、导热性能的最佳配比。将石蜡复合相变材料应用于太阳能相变蓄热炕,通过计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)建立三维非稳态传热模型,对炕体进行24 h供热模拟设计;模拟表明:太阳能相变蓄热炕在昼间垫面温度达到24.2℃,夜间垫面温度达到30.2℃。通过Trnsys(transient system simulation program)软件对组合式系统进行运行模拟发现:组合系统均可达到设计的45℃及以上;另外,组合式系统全年节电量为2974.7 kW·h,或节省标准煤469.9 kg,或减少二氧化碳1240.5 kg、一氧化碳70.9 kg、PM_(10)6.8 kg等,节能减排量显著。

太阳能相变蓄热炕热工性能模拟

将高导热复合相变材料应用于太阳能水暖炕,以缩短太阳能水暖炕的热响应时间,实现速热;通过CFD对太阳能相变蓄热炕的炕体单元建立三维非稳态传热模型,对炕体的热工性能进行模拟分析;结果表明:太阳能相变蓄热炕完成蓄热的时间为1200 s,在未采取供暖的房间内能维持垫面温度293-295.8 K,放热时长在15 h左右,通过温控开关控制可较好地实现周期性蓄热。