潜热储能系统热力特性研究及应用分析

研究搭建了一小试规模的潜热储能系统,能对200~300℃的热量进行存储、释放,通过不同方式表征所使用相变材料的物理性质,研究其与应用场景的匹配性,同时分析所设计系统循环过程中的参数变化,研究系统热力特性。试验结果表明:所用二元硝酸盐能够稳定的储存温度200~290℃的余热,所使用的带螺旋型翅片换热管的潜热储能系统具有较高的热效率,试验台储热耗时51.75 min,完成47.809 MJ的能量储存,放热耗时43.5 min,释放出46.209 MJ能量,系统的储热效率为79.16%,放热效率为79.15%。在系统的循环过程中,系统累计输入能量60.398 MJ,输出能量36.578 MJ,循环效率为60.56%。

相变储能材料的相变过程温度模型

基于集总参数法和矩形相变等效比热假设建立了相变材料的相变过程温度模型.该模型与实验结果吻合很好.利用该模型定量研究了环境温度、相变潜热、相变温度范围和换热效率等多种因素对相变行为的影响,初步得出如下结论:环境温度对相变开始时间和持续时间均有明显影响,随着环境温度的升高,该二时间呈指数形式下降;相变材料的潜热对相变开始时间没有影响,对相变持续时间有明显影响,持续时间随潜热线性增加;相变温度范围对相变开始时间也没有影响,而相变持续时间随相变温度范围的增加平缓地增加;相变材料与环境之间的换热效率显著影响相变过程开始和持续的时间,二者随换热效率的提高呈指数形式下降.

换热器中流体及管壁温度变化关系式及其修正

借鉴推导无相变顺、逆流换热器对数平均温差的方法,导出了单流程管式无相变换热器中流体及换热管壁温度变化关系式。这些关系式将换热器设计参数、流体物性参数及过程参数集中在一个表达式中,反应了它们的内在联系。因在推导时作了几点假设,文中对这些关系式进行了分析,探讨了实际应用时的补充和修正方法。

矩形相变蓄热器蓄热特性研究

提出了一种矩形相变蓄热器的结构形式,基于焓法建立了其蓄热过程的数学模型。研究了以CaCl2·6H2O作为相变材料时相变蓄热器的蓄热特性及制冷剂温度的变化规律。结果显示,该相变蓄热器可以在58min内完成相变蓄热,蓄热功率和蓄热量分别达到107.5 W和484.2kJ。

寒区土壤源热泵换热埋管的水热力耦合分析

为解决寒区土壤源热泵地下埋管冻胀安全性问题,根据传热学、渗流和冻土力学理论建立寒区土壤源热泵水热力耦合的数学力学模型及其控制方程。利用FEPG有限元自动生成软件,对大庆油田某土壤源热泵地下埋管所在土体内温度场分布、冻胀位移及应力作用进行仿真计算,并对不同深度、不同回填区土壤导热系数、不同管脚间距情况进行了对比分析。结果表明,土壤源热泵运行初期,土壤未冻结,埋管的位移量很小。土壤温度达到相变温度后,土体冻结体积增大,埋管发生挤压变形。当土壤温度超过冻结相变区(-0.75℃,-0.30℃)时,埋管不会发生连续不断的变形。

过热蒸汽相变换热转变点温度求解方法的研究

研究过热蒸汽相变换热转变点温度,对于过热蒸汽换热器的设计是非常必要的.过热蒸汽的相变换热转变点温度可以根据换热的具体条件,通过分析计算确定。据此可以判定过热蒸汽在换热器内具体的换热形式及过程.结合过热蒸汽不同换热过程及形式的具体特点,才能正确地进行换热器换热面的热工设计.本文给出了一种可利用计算机程序求解过热蒸汽相变换热转变点温度的新方法.

冻结土壤、水-水平换热管耦合传热分析

以冻结土壤、水-水平换热管之间耦合传热作用为研究对象,对冻结条件下非饱和土壤连续性方程和热量迁移方程,采用有限容积数值方法进行离散求解,给出了部分温度场、冻结率分布图,并分析了耦合传热原因。分析结果表明:冻结土壤温度场是大致与地表平行的水平线,固液相变区高峰值发生在有回水管的上部,低值发生在无水平换热管的地方,水平换热管使冻结锋面向地表方向偏移,水平换热管进回水位置布置方式不同影响冻结土壤相变区域的大小与位置,回水管在单侧和中间布置是较优的布置方式。

气调保鲜液氮充注沉浸式汽化器工作特性研究

针对液氮充注气调方式液氮温度较低,直接充注将对果蔬产生冻害问题,为提高液氮汽化器出口温度的控制精度,提高冷量利用率,设计了一种蓄冷液氮充注沉浸式汽化器并搭建试验平台,研究盘管长度、蓄冷剂类型和液氮流量等因素对汽化器工作特性的影响。基于传热理论建立了汽化器出口温度计算模型。计算得到的汽化器出口温度与试验值基本一致,相对误差为2.01%和8.06%。试验结果表明:盘管长度、蓄冷剂类型和液氮流量都对汽化器工作特性有显著影响,盘管长度和液氮流量与充注时间呈线性关系,随着盘管长度增加或液氮流量减小,相关系数升高;当盘管长度为3 m、液氮流量为0.0075 kg/s和蓄冷剂类型为水时,汽化器的换热性能较佳,而当盘管长度为3 m、液氮流量为0.01 kg/s和蓄冷剂类型为水时,汽化器的蓄冷效率较佳。

相变换热器应用于电站锅炉的探讨

阐述了复合相变换热器是一种新型的换热器,可以控制低温受热面金属不发生低温腐蚀,降低烟气的排放温度,该技术可用于各种燃煤、燃油、燃气锅炉、窑炉、注气炉、加热炉等换热设备,目前复合相变换热器应用于工业锅炉和循环流化床已有不少成功案例[1-3],而应用于大型电站锅炉还很少有报道,结合某330 MW电站锅炉尾部加装复合相变换热器的运行情况,对复合相变换热器应用于电站锅炉的运行情况及优缺点做了简要探讨。

唐山某购物广场空调现状及节能策略分析

以唐山某购物广场建筑为例,分析了该购物广场建筑空调系统的特点,调研了目前该购物广场空调区域的舒适性及空调系统的能耗现状,得知该购物广场空调舒适性较差、空调能耗所占比重较大,存在很大的节能潜力。进而从空调系统的设备选型、空调区域室内参数设定、空调系统的新排风的能量利用、空调系统的划分等几个角度,提出了对于购物广场类建筑空调系统的节能策略,为唐山地区购物广场类建筑空调系统的节能优化提供参考。

中国大型LNG/FLNG绕管换热器研发进展与工业化应用

大型LNG/FLNG绕管换热器是FLNG和大型LNG生产建设的核心装备,技术门槛高,长期由美国APCI和德国Linde公司垄断。本文全面回顾了中国在大型LNG/FLNG绕管换热器研发和工业化应用方面的最新进展,主要包括:①构建了适用于烷烃工质冷凝与沸腾流动的高精度数值模拟方法,提升了数值计算的准确性和稳定性,数值模拟结果与实验数据相对误差在±20%以内;揭示了晃动及结构参数对烷烃工质复杂相变流动传热的影响机制,建立了烷烃工质复杂相变流型转换准则与分流型的流动换热关联式;开发了具有自主知识产权的大型LNG/FLNG绕管换热器仿真设计软件,其仿真结果与现场运行数据平均相对误差小于5%。②研制了300 m以上超长无缝换热铝合金管及3种适用于LNG/FLNG绕管换热器的新型均布器,形成了基于铝换热管的大型LNG/FLNG绕管换热器结构优化设计技术,开发出了中国首套全铝制30万m3/d LNG/FLNG绕管换热器,通过了CCS认证,并制定了相关企业标准。③搭建了全球首个LNG/FLNG绕管换热器工业化测试平台,完成了首套全铝制30万m3/d LNG/FLNG绕管换热器静止和晃荡工业化应用测试,结果表明国产LNG/FLNG绕管换热器在换热等方面性能良好。相关研究成果为未来自主设计和建造大型LNG/FLNG绕管换热器奠定了基础。

热管纺丝中温度对PET纤维结构的影响

本文介绍了纺程加热一步法制取充分结晶纤维中的远红外加热法。为了弄清纤维力学性质随温度上升而引起的变化,研究了加热温度对纤维结构形成的影响。应用红外光谱的分离技术,研究了加热过程中结晶形成的机理。发现不仅PET纤维的848cm^(-1)谱带发生了变化,而且通过对848cm^(-1)谱带分离成代表PET三种结构的三个峰838cm^(-1),846cm^(-1),853cm^(-1)也发生了变化。充分说明了温度在加工过程中对PET纤维结晶结构的形成所起的作用。为了证实这些变化,又以大角X射线衍射及力学性能的测定作了旁证。表明了在红外光谱、大角X射线衍射和力学性能间有一致的变化。本文还对结晶结构的形成与工艺条件的关系进行了讨论,获得了用远红外加热法制取充分结晶纤维合适的工艺条件。

夏季间歇运行工况下相变温度对相变回填地埋管换热器传热性能的影响

为探究相变温度对相变材料回填地埋管换热器传热性能的影响,建立管内流体换热、回填区域相变换热及土壤换热的三维耦合传热数值模型,利用焓-多孔介质模型对相变区域相变问题进行处理,研究夏季间歇运行工况下不同相变温度回填材料对埋管换热器传热性能的影响。结果表明:添加PCM,可有效提高换热量,短期内缓解埋管周围热积聚,利用相变温度18℃的PCM回填,单位井深换热量至少比普通材料回填提高49.54%;在间歇运行初期,换热量随相变温度的升高逐渐减小,低相变温度的PCM可明显改善埋管换热量,但随着时间的进行,较高相变温度PCM回填对换热器换热量的改善效果优于前期低相变温度。此外,在运行期间,不同相变温度的PCM表现出不同的熔化、凝固特性,当PCM的熔化、凝固过程交替进行时,可减缓土壤温度在运行期间内波动幅度。

自动变温热交换水箱的研制

通过对变温热交换水箱的智能化设计（硬件和软件），实现了循环水温的自动化控制，从而达到对热交换水箱中逆向运动的血液温度按临床需要自动进行温度调节。

石蜡/石墨烯相变材料在多管换热器中的储热性能

采用数值计算方法对填充在多内管换热器中的石墨烯/石蜡复合相变材料的熔化凝固性能进行了深入研究,分析了换热内管数目不同,当换热内管中分别通入一定温度的热水或凉水时,换热器内的相变材料(PCM)在熔化或凝固过程中的温度和液相率(液相体积分数)随时间的变化关系。结果表明:熔化时PCM与换热管之间以自然对流换热为主,凝固时,由于导热热阻影响,使PCM完全凝固过程比完成熔化过程所需的时间要长;内管数目增加,可有效缩短PCM完全熔化和完全凝固时间;内管间距对相变材料的凝固过程有一定影响;换热内管的入口水温对PCM的熔化及凝固有较大影响,熔化时,入口水温越高,PCM的熔化速率越大,凝固时,入口水温越低,PCM的凝固速度越大。

复合相变换热器在锅炉烟气余热回收中的应用

本文阐述了复合式相变换热器的工作原理以及在热电站410t/h燃煤锅炉上的实际应用,对改造方案进行了效益及技术经济分析,表明了复合相变换热器具有突出的节能效果。

取放热不平衡条件下相变材料回填地埋管换热器传热特性研究

为了探讨取放热不平衡条件下相变材料(PCM)回填对地埋管换热器(GHE)传热特性的影响,以混合酸和油酸分别作为夏季与冬季PCM,基于FLUENT软件建立了PCM回填GHE的传热数值模型,分析了PCM相变过程对GHE传热特性的影响,研究了夏、冬季工况下2种PCM不同配比对GHE热响应及PCM相变恢复特性的影响规律。结果表明:从降低土壤温度波动幅度的角度,放热量大于取热量时回填的混合酸比例应大于油酸,反之油酸比例应大于混合酸;从改善土壤温度恢复的角度,应综合考虑运行期间土壤温度变化幅度和恢复期间土壤温度恢复程度;从PCM完成相变角度,夏季和冬季工况下应分别加大混合酸和油酸比例,但就PCM相态恢复而言,夏季和冬季工况下应分别减小混合酸和油酸比例。

金属氢化物反应器结构对储氢性能影响研究

建立金属氢化物反应器及测试平台,通过实验测试得到不同水浴温度、放氢流量及反应器结构(方形、蜂窝结构及无隔层)下反应器内部温度和吸/放氢流量数据,确定了不同结构反应器的温度场分布趋势和规律。结果表明,方形结构反应器内部温度变化速率最快,换热效果最好。进一步研究了方形结构反应器在不同吸氢压力和放氢速率下的综合性能。结果表明,当进气压力为2.0~3.0 MPa时,能显著提高合金材料的吸氢量及吸氢速率;当放氢流量小于3.2 L/min时,可放出85%以上的氢气。研究结果可为模块化和系统化设计提供技术指导。

芳烃低温热回收相变换热系统的热力特性

针对芳烃联合装置塔顶低温热回收工艺存在取热介质泄漏造成催化剂及吸附剂失效的问题,提出了采用中间工质相变换热以确保本质安全的取热方案。采用Aspen HYSYS及EDR建立了现场工况100 kW的芳烃低温热回收相变换热系统全流程模拟的稳态数值模型,通过实验与数值模拟相结合的方法验证了稳态数值模型的可靠性,并且进行了工艺及结构参数对系统热力特性影响规律的研究。结果表明:随着除盐水入口温度升高,系统热负荷、工质循环流量及液位高度逐渐减小,工作温度逐渐升高;随着塔顶气流量增加,系统热负荷、工作温度先升高后降低,工质循环流量、液位高度先减小后增加,且除盐水入口温度越低,临界流量值越大;随着除盐水流量增加,系统热负荷、工质循环流量、液位高度逐渐增加,工作温度逐渐降低。在大温差及除盐水流量较大情况下,为避免系统传热性能受驱动力限制,需确保安装高度不小于液位差;系统热负荷随上升管管径增大而逐渐增加,且在上升管管径大于159 mm后基本不变;在下降管“断流”情况下,系统热负荷随安装高度增加而逐渐减小,实际安装高度无需过分增加;采用卧式(再沸器)-卧式(冷凝器)组合的系统其换热量比卧式(再沸器)-立式(冷凝器)组合的系统高3%左右。

定形相变材料回填下的地埋管换热器实验

为研究定形相变材料(SSPCM)作为地埋管回填材料的传热特性,以30 W圆柱形发热棒作为线热源模拟地埋管换热器,用膨胀石墨吸附石蜡制成SSPCM,并将其和普通回填沙以3:7的质量比混合制备成混合回填材料,分析在夏季间歇运行工况下,SSPCM混合回填下的传热特性。结果表明,在短期实验运行模式下,相对普通沙回填,SSPCM混合回填材料形成的温度场优势明显,温度波动较小,管壁附近过余温度差异可达到10℃;距离发热中心距离越近,减缓温度场变化的效果越明显;在2种回填条件下,恢复后稳定温度以及恢复所需时间无显著差异;在多周期间歇运行工况时,回填区域内温度明显低于连续运行状况;若运行时间导致的温升超过相变材料潜热利用阶段,SSPCM无法发挥出相变储能的优势。该实验现象对SSPCM实际应用有一定参考价值。