平板式相变储能单元空气侧表面换热性能分析

为提高平板式储能单元的换热性能,通过储能单元的换热性能实验,研究相变储能单元不同表面结构对储能单元换热特性的影响。储能单元内部的相变材料(石蜡)熔化分为2个阶段:第1阶段石蜡开始软化,相变材料侧热阻较大,因此空气侧花纹结构对总体换热影响较小;第2阶段石蜡快速熔化,相变过程中相变材料侧热阻减小,空气侧表面花纹结构强化了空气侧换热,总体换热能力得到有效强化。花纹储能单元表面的花纹通过增加传热面积、增强储能单元表面空气扰动,达到强化换热的效果,使相变材料完全熔化时长比光滑储能单元缩短27%—55%。相变储能单元瞬时热流量随时间呈现先增大后逐渐减小的趋势。

板式相变储能单元的蓄热特性及其优化

本文以板式相变储能单元为研究对象、石蜡作为相变材料,探究了不同单元结构内板式相变储能单元的蓄热过程,综合考虑相变储能单元中热电偶的布置、相变储能单元的宽高比及厚度的影响,对相变蓄热过程的换热效率进行了分析与讨论。结果表明:测点热电偶会加快石蜡熔化过程;液相材料内的自然对流加速了石蜡的熔化进程,使相变储能单元上部区域熔化速率高于下部区域;受浮升力以及换热面积的共同影响,宽高比为3∶1的相变储能单元熔化速率最快,宽高比为2∶3的储能单元熔化速率最慢;石蜡熔化总时长随厚度的增加呈抛物线形式增长。经济性分析表明,宽高比为3∶1、厚度为30 mm的相变储能单元为最优结构。

直肋套管式相变储能单元传热强化分析

采用焓-多孔介质模型,模拟分析了内管定温、外管绝热条件下内管偏心设置和下部肋片加密对套管式相变储能单元蓄放热性能的影响。研究结果表明,内管向下偏心设置可显著缩短PCM的熔化蓄热时间,且偏心率越大,蓄热时间越短;内管向下偏心设置使PCM凝固过程变长,且偏心率越大,凝固时间越长,但影响不甚明显。从相变储能单元的全相变周期看,偏心设置优于内外管同心设置,3种偏心率中ε=0.22的综合性能最佳,可节省约14.9%的相变时间。储能单元下部肋片加密可使PCM熔化蓄热明显加快,但对其完全凝固时间的影响很小;下部肋片加密可显著提升储能单元的蓄热功率,但对放热功率的影响较小。综合考虑肋片加密的换热效果和经济性,下部区域内增加1片肋为最佳方案。