相变蓄热水箱的性能优化模拟分析

采用COMSOL Multiphysics计算流体动力学软件建立相变蓄热水箱的数值模型,通过实验验证数值计算模型的准确性,并对相变蓄热水箱结构进行优化.分析不同环形金属隔板分层数和隔板厚度对相变蓄热水箱蓄放、热过程的影响.结果表明:在相变层内部设置的环形金属隔板可改善相变蓄热水箱的运行特性;蓄热过程中,环形金属隔板分层数和隔板厚度的增加有利于固态相变材料熔化,潜热利用率得到提升;放热过程中,增设环形金属隔板能使相变材料达到更低的固相比;厚度为5 mm的环形金属隔板对促进相变材料液化、维持水温的作用强于厚度为2,10 mm的环形金属隔板.

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。

二次换热式相变蓄热水箱的蓄放热特性研究

以三水醋酸钠为储热相变材料,添加成核剂和增稠剂,设计搭建二次换热式相变蓄热系统实验平台。通过实验分析了相变材料填充率、水的体积流率对相变蓄热水箱整体性能的影响。结果表明:蓄热时,二次换热式相变蓄热水箱温度分布比较均匀,相变材料升温速率与换热流体(HTF)升温度率基本保持一致。取热时,尽管添加的相变材料能够蓄存更多的热量,但相变蓄热袋占用了水箱的空间,影响水箱内换热流体对流传热。因此添加相变蓄热袋会影响蓄热水箱放热速率。与不填充相变材料的蓄热水箱对比,相变蓄热水箱取热量变小,取热效率降低。

一种新型相变蓄热水箱应用于太阳能组合系统的实验研究

介绍了一种新型笼屉式相变蓄热水箱,通过实验测试对比分析相变蓄热水箱与普通蓄热水箱对太阳能组合系统的太阳能保证率及系统能效比的影响。实验表明:同等水箱容积,使用相变蓄热水箱时太阳能集热系统的小时集热量为普通蓄热水箱的3.7倍,相变蓄热水箱有利于提高太阳能保证率及系统能效比。在太阳能辐照强度相似的情况下,相变蓄热水箱会使太阳能保证率平均提高72%,使系统能效比平均提高26%。同时相变蓄热水箱可减少夜间水箱上部的热损失,使水箱上部水温降减少50%。

相变蓄热水箱蓄热性能数值模拟研究

在封闭静止的蓄热水箱中添加相变材料可以增加水箱热容量、延长水箱升温时间。分别建立了有、无相变单元蓄热水箱的物理模型,利用有限体积分析法对蓄热水箱加热过程进行数值模拟,探讨了封闭水箱加热过程中相变单元的熔化规律和相变单元对水箱温升的影响规律。研究结果表明相对于纯水蓄热水箱,当蓄热水箱中加入占水箱容积9.05%(体积分数)的相变单元、其平均温升29 K时,蓄热水箱的整体热容量提高了25.58%,加热时间延长了1100 s;蓄热水箱内只在垂直方向上存在热分层,导致含有相变单元的蓄热水箱较高位置处的相变单元先熔化,降低了较高位置处水的温升速率,使得相变蓄热水箱和纯水蓄热水箱的热分层剧烈程度存在差别;以最大温差值作为判断水箱热分层剧烈程度的依据,不同加热功率下相变蓄热水箱的热分层特征变化规律大致相同,但加热功率越大,热分层现象越剧烈。

基于复合相变储能材料的热水器蓄热水箱设计及研究

设计了一种肉豆蔻酸/膨胀石墨(MA/EG)复合相变储能材料的太阳能热水器蓄热水箱。选取相变温度适宜、相变潜热大且价格低廉、无毒的肉豆蔻为原材料,吸附性强的膨胀石墨为基体,制备了肉豆蔻酸/膨胀石墨复合相变储能材料,并进行了节能研究。研究结果表明所制备的相变材料相变温度为52.28℃、相变潜热为188.6 J/g。制作了容量为45 L的蓄热水箱,经理论计算与实验测试,满足生活用热水的要求。本热水器蓄热水箱利用相变潜热储存热量,储热量大,材料所占体积少,增加了低品位热能利用效率,应用前景广泛。

基于球形相变单元储热装置的放热特性研究

设计并搭建基于球形单元的相变储热装置。储热水箱作为太阳能供暖系统中的核心设备,水箱的放热性能直接决定储能系统整体的运行效率。通过单一控制变量法对球形单元储热装置进行放热试验,得到并分析温度变化曲线。结果表明:在水箱空间一定且相变材料基本一致时,球形相变单元个数对装置的放热效率影响较大;改变单元之间层间距对装置的放热效率影响较小;入口温度和入口流量的变化对整个装置换热效率影响较大。

复合蓄热式水箱的设计及蓄放热研究

设计了一种具有辅助电加热和均流孔板的水/相变材料复合蓄热式水箱,该水箱以封装有复合八水氢氧化钡的相变蓄热球作为储热单元。理论分析了相变蓄热球应用于复合蓄热式水箱中的可行性,实验研究了水箱中有无相变蓄热球、恒定流量下的直接和恒温蓄放热特性,结果表明:均流孔板的应用,可使冷热水在水箱底部均匀混合,使高温热水出水量达到最大;在热水出水流量为3.3 L/min时,添加60个相变蓄热球的复合蓄热式水箱比纯水箱可多制得10 L 60℃以上的热水;在热水出水流量为1.6 L/min时,添加120个相变蓄热球的复合蓄热式水箱比纯水箱可多制得40 L 40℃的恒温热水。

被动式建筑低能耗利用的探讨

以沈阳某被动式建筑节能示范屋为例,分析被动式建筑围护结构保温方式及主动式辅助技术。旨在利用太阳能光伏板、地道风升温余热回收、双源热泵及相变蓄热水箱实现我国严寒地区超低能耗建筑节能。