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1、相变储热换热器文献综述1引言在工业生产中，为了实现物料之间热量传递过程的一种设备，统称为换热器。它是化工、炼油、动力、原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备。对于迅速发展的化工、炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。通常在化工厂得建设中，换热器约占总投资的10~20%。在石油炼厂中，换热器约占全部工艺设备投资的85~40%。在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝等。换热器就是用来进行这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足工艺上的需要。由于使用的条件不同
2、，换热设备又有各种各样的形式和结构。另外，在化工生产中，有时换热器作为一个单独的化工设备，有时则把它作为某一个工艺设备中的组成部分。其他如回收排放出去的高温气体中的废热所用的废热锅炉，有时在生产中也是不可缺少的。总之，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。2换热器发展历史简要回顾二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典
3、又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新材料料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。节能和环保已经
4、成为当今世界的两大主题，经济高速发展、人口不断增长、过度开采和能源的利用率过低导致能源供需矛盾越来越大．能源紧缺受到人们越来越多的关注，能量存储随之引入了人们的生活。近年来,相变储换热器在太阳能利用、工业废热利用及暖通空调蓄冷和蓄热等领域获得了广泛的应用。相变储换热器有多种形式,如管簇式、球形堆积床式和平板式,一些研究者对其热性能进行了模拟和实验研究。3实验研究的主要成果3.1相变储能材料的导热强化在潜热储热系统中，相变材料通过凝固和溶化有效地储存和释放大量能量。相变材料的优点是储热密度大，吸热和放热的过程几乎可以在恒定的温度下进行。但是，一些相变材料（特别是石
5、蜡、脂肪酸等有机相变材料）导热系数低的特点往往是制约其实际应用的重要因素。因此，如何提高相变材料的导热性成为相变材料研究关注的焦点。同济大学材料科学与工程学院的曾亮等人的研究显示了以下几种强化相变材料传热的方法：3.1.1与金属复合提高相变储能复合材料的导热性能金属基主要包括铝基(泡沫铝)和镍基等,相变储能材料主要包括各类熔融盐和碱。金属基复合蓄热材料既能兼备固体显热蓄热材料和潜热蓄热材料两者的优点,又能克服潜热材料在相变时液固界面处的传热效果差和显热储能材料蓄热量小及很难保持在一定温度下进行吸热和放热等缺点,从而使之具备能快速放热和快速蓄热,蓄热量大的特有性能
6、。这些优点使它可以用于贮存太阳热能和工业加热炉的余热回收等领域,因此有广阔的应用前景。3.1.2与陶瓷复合提高相变储能复合材料导热性能陶瓷基相变储能复合材料主要是将相变材料分布于陶瓷基体的超微多孔网络中,相变材料受热熔化时吸收潜热,而液态相变材料受陶瓷基体毛细张力的作用不会流出,从而使相变前后维持复合材料原来的形状。陶瓷基相变复合材料是20世纪80年代提出的,主要优点有:可供选择的无机盐种类多;可同时利用显热和潜热,蓄热密度大;无需封装,不存在腐蚀问题;不存在过冷和相分离的问题[1]。3.1.3利用组合相变材料储热系统强化导热利用组合相变材料储热系统也是导热强化
7、的有效手段。浙江大学能源工程系王剑锋等人的研究显示，在同一储热系统中采用相变温度不同的相变材料合理组合,可以显著提高系统效率,而且能够维持相变过程相变速率的均匀性。这一特性对于储热或放热时间有严格限制的储热系统具有重要意义,且适用于工作温度从几十度到近千度范围的相变材料已有数千种,这为组合相变材料储热的研究奠定了应用基础。在组合式相变材料储热系统研究中,相变材料的组合方式主要有两种:一种方式是沿传热流体流动方向分别放置相变温度不同的两种或两种以上的相变材料储热单元;另一种方式是在同一储热单元内或沿垂直于传热流体流动方向通过合理组合放置相变温度不同的两种或两种以上
8、的相变材料。还有一种可能
