肋片结构对三套管式潜热储能系统相变储能特性影响的研究

潜热储能在近恒温条件下具有高能量密度的特性,可以有效解决太阳能利用中供需不匹配的问题。本文基于焓-孔隙率法数值研究了三套管式潜热储能系统的相变储能特性,分析了肋片数量、肋片尺寸与肋片结构对相变储能过程的影响规律。结果表明,相变材料熔化速度随着肋片数量与肋片尺寸的增加而加快。直肋片数量为8,肋片尺寸分别为37.2mm和49.6mm时相变材料完全熔化时间较无肋片时分别缩短60.1%和68%,平均蓄热率分别提升141.3%和197%。与直肋片相比,Y型肋片结构相变材料熔化时间大幅缩短,其开合角度为120°时完全熔化时间仅为同换热面积下直肋片结构的60.89%,而平均蓄热率高于直肋片结构64.23%。合理布置肋片结构可缩短相变材料的总熔化时间及强化三套管式潜热储能系统相变储能特性。

旋转机制对三管储能系统凝固特性影响的数值研究

为了提高三管潜热储能系统的凝固性能,本文将旋转机制应用到其凝固过程中并开展了相应的数值模拟研究。通过实验数据对数值模型的准确性进行了验证,深入探究了旋转对放热过程液相分布、温度分布和流速分布的影响;对比分析了无旋转状态和不同转速下,三管潜热储能系统凝固放热过程的液相演化、热能释放总量及热能释放速率。研究结果表明:旋转机制的加入能有效地降低相变材料凝固时间且增大热能释放速率,但在单个凝固周期内总热能释放量略有降低;相比于静置状态,0.50 r/min转速下相变材料凝固时间缩短了78.10%,该转速下的热量释放速率是静止状态的4.45倍,但总热能释放量降低了2.52%。本文研究结果为旋转机制在三管潜热储能系统中的设计和应用提供了参考。

基于热网络的储能翅片管温度响应计算模型

为了解决空载高能武器储能冷却设备出口温度的快速计算问题,提出了一种二维热网络模型,用于翅片管式储能换热器在储能阶段的温度响应预测。建立了等效热阻模型,并引入了等效导热系数来考虑自然对流对相变材料融化的影响。在不同体积流量、入口温度、翅片结构和相变材料下与焓-多孔介质法模拟结果进行了对比,验证了热网络模型的准确性,石蜡类相变材料平均出口温度最大误差为0.634 K。热网络模型相比焓-多孔介质法节约了99%的计算时间,可以有效地用于复杂翅片管式储能系统的设计和优化。

Laboratory Test Rig of a LHTES （Latent Heat Thermal Energy Storage）： Construction and First Experimental Results

The present experimental investigation covers the construction of a LHTES （latent heat thermal energy storage system）, which uses NaNO_3 （sodium nitrate） as PCM （phase change material）. The storage unit is filled with 300 kg of the PCM. For the heat transfer, a vertically arranged bimetallic mono tube with longitudinal fins is used. The fins increase the heat flux into/from the PCM. Thermal oil is used as a heat transfer medium, as it allows working temperature up to 400 ℃. This thermal energy storage is able to store 60 kWh of thermal energy and can be loaded with a power up to 200 kW. One part of the investigation results presented in this paper was the determination of the storable energy and the comparison with data from literature and calculations. Additionally, the melting behavior of the PCM was measured with temperature sensors located at different positions over the height of the storage unit. Finally, the entrance of the heat transfer medium was changed from the top to the bottom of the thermal energy storage unit and a different melting behavior could be detected.