三元氯化盐相变蓄热特性及强化换热研究.pdf

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1、硕士学位论文三元氯化盐相变蓄热特性及强化换热研究THERMALSTORAGECHARACTERISTICSANDHEATTRANSFERENHANCEMENTOFTERNARYCHLORIDEMOLTENSALT张嘉辉哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK121学校代码：10213国际图书分类号：621.1.016.7密级：公开工学硕士学位论文三元氯化盐相变蓄热特性及强化换热研究硕士研究生：张嘉辉导师：帅永教授申请学位：工学硕士学科：工程热物理所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：20

2、18年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:：TK121SchoolCode:10213UDC：621.1.016.7Securityclassification:PublicDissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHERMALSTORAGECHARACTERISTICSANDHEATTRANSFERENHANCEMENTOFTERNARYCHLORIDEMOLTENSALTCandidate：ZhangJiahuiSup

3、ervisor：Prof.ShuaiYongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：EngineeringThermophysicsAffiliation：SchoolofSci.&Eng.DateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要相变蓄热技术由于较大的储能密度，低廉的成本，蓄/放能过程近似等温和过程易

4、于控制等优势，可有效地解决太阳能热利用中间歇性、非稳定性等缺点，在太阳能光热发电领域具有极广阔的市场潜力和应用价值。熔盐以其显著的热输运性质和经济性成为热能储存与转换技术的首选材料之一。然而所用相变材料的低导热系数，相变过程中传热性能差等缺陷制约了其大规模的应用。目前，国内外已有很多学者对潜式蓄热的强化换热方式进行了实验或数值模拟的研究，但复杂体系中相变问题的传热机制分析仍存在较大难度，以及潜式蓄热装置的结构设计和数值研究报道较少。基于此，本文以三元氯化熔融盐为研究对象，结合实验测量和数值计算等

5、手段，分别从材料的选取、制备及测试表征和蓄热单元的设计两方面开展研究工作，分析了几种典型的强化换热手段对潜式蓄热的储热速率的提升，具体如下：选取了具有较高相变潜热、合适的熔点的三元共晶氯化盐为相变材料，通过高温水溶蒸干法制备了纯盐，采用DSC-TG、LFA等热物性分析手段获得了三元氯化盐的热物性。通过两步法制备了三元氯化盐和质量分数为0.7%的ZnO、Al2O3、CuO纳米颗粒复合相变材料，采用SEM对复合材料进行了微观结构特性表征，发现高导热纳米颗粒掺杂可显著复合材料提高热扩散系数。使用Flu

6、ent软件中的焓-多孔模型研究了二维方腔和圆管内熔盐相变蓄热特性探究了添加金属翅片和多孔类泡沫金属铜后对熔盐相变蓄、放热的强化换热影响，基于相变蓄热特性，数值研究了三维套管式储热单元中内传热管内流动状态对蓄热过程的影响，发现随着雷诺数的增加，扰动的增强可以显著地强化换热，减少储热时间。设计了管壳式潜式储热单元，进一步探究了蓄热管束布置方式对蓄热过程的影响，结果表明换热效果的提升由流场的湍流强度和温度梯度共同决定。本文的研究结果对太阳能光热电站中潜式蓄热系统的设计具有一定的参考价值。关键字：熔融盐

7、；相变蓄热；强化换热；储热单元-I-AbstractAbstractThephasechangeheatstoragetechnologyhasadvantagessuchaslargeenergystoragedensity,lowcost,andapproximativeisothermalprocessofstorage/dischargeprocess,whichcaneffectivelysolvetheshortcomingsofintermittentandnon-stabilit

8、yinsolarenergyheatutilization.Thefieldofsolarthermalpowergenerationhasaverybroadmarketpotentialandapplicationvalue.Moltensalthasbecomeoneofthepreferredmaterialsforthermalenergystorageandconversiontechnologyduetoitsoutstandingthermaltransportpropertie