多熔点相变材料堆积蓄热床蓄热性能分析

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1、第６３卷第４期化工学报Ｖｏｌ．６３Ｎｏ．４２０１２年４月ＣＩＥＳＣＪｏｕｒｎａｌＡｐｒｉｌ２０１２檭檭檭檭檭殐殐檭檭研究论文檭多熔点相变材料堆积蓄热床蓄热性能分析檭殐殐檭檭檭檭檭杨磊，张小松（东南大学能源与环境学院，江苏南京２１００９６）摘要：对采用多种不同熔点相变材料（ＰＣＭ）构成的堆积蓄热床进行了数值分析。热水作为换热流体（ＨＴＦ）自上而下流经蓄热床，熔化相变材料、蓄积相变潜热。石蜡作为相变材料被注射入聚碳酸酯球壳内形成相变胶囊，根据熔点高低依次排放在蓄热床的不同位置，熔点越高距离热水进口越近。假定流场稳定，采用一维Ｓ

2、ｃｈｕｍａｎｎ模型计算ＨＴＦ温度，相变模拟采用显热容法。分别对两种排列方式下采用２种、３种以及４种相变材料的蓄热床的蓄热过程进行了基于热力学第一及第二定律的性能分析，并将结果与单相变材料蓄热床进行比较。基于热力学第一定律分析结果表明，采用多种相变材料构成的蓄热堆积床蓄热速度更快，能量效率更高。基于热力学第二定律分析表明，平均熔点更高的蓄热床能够储存更高的。结果表明采用多熔点相变材料构成的堆积蓄热床能够显著地缩短蓄热时间，改进蓄热性能。关键词：堆积蓄热床；相变胶囊；多熔点；能量；ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０４３８

3、－１１５７．２０１２．０４．００６中图分类号：ＴＫ５１２文献标志码：Ａ文章编号：０４３８－１１５７（２０１２）０４－１０３２－０６ＣｈａｒｇｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｐａｃｋｅｄｂｅｄｔｈｅｒｍａｌｓｔｏｒａｇｅｕｎｉｔｗｉｔｈｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｈａｖｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｌｔｉｎｇｐｏｉｎｔｓＹＡＮＧＬｅｉ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｓｏｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓ

4、ｔｒａｃｔ：Ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｙｏｎａｐａｃｋｅｄｂｅｄｔｈｅｒｍａｌｓｔｏｒａｇｅｕｎｉｔｗｉｔｈｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌ（ＰＣＭ）ｈａｖｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｌｔｉｎｇｐｏｉｎｔｓｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＰａｒａｆｆｉｎｉｓｕｓｅｄａｓＰＣＭａｎｄｉｎｊｅｃｔｅｄｉｎｔｏｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅｓｐｈｅｒｅｓａｓｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｃａｐｓｕｌｅｓ．Ｈｏｔｗａｔｅｒｉｓｕｓｅｄａｓｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｆｌｕｉｄ（ＨＴＦ）ｆｌｏｗｉｎｇｆｒｏｍｔｈｅｔｏｐｄｏｗｎｔｏｍｅｌｔＰＣＭａ

5、ｎｄｓｔｏｒｅｌａｔｅｎｔｈｅａｔ．Ｔｈｅｃａｐｓｕｌｅｓａｒｅｐｌａｃｅｄｉｎｓｅｒｉｅｓｉｎｔｈｅｔａｎｋｂａｓｅｄｏｎｍｅｌｔｉｎｇｐｏｉｎｔｓ．ＰＣＭｈａｖｉｎｇｈｉｇｈｅｒｍｅｌｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓｐｌａｃｅｄｃｌｏｓｅｒｗｉｔｈｈｏｔｗａｔｅｒｉｎｌｅｔ．Ｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＳｃｈｕｍａｎｎ’ｓｍｏｄｅｌｗｉｔｈｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄａｓｓｕｍｐｔｉｏｎｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅＨＴＦｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｏｆＰＣ

6、Ｍｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｕｓｉｎｇａｐｐａｒｅｎｔｈｅａｔｃａｐａｃｉｔｙｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｅｎｅｒｇｙａｎｄｅｘｅｒｇｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｃｈａｒｇｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｗｏａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｍｏｄｅｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｔｗｏ，ｔｈｒｅｅａｎｄｆｏｕｒｋｉｎｄｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔＰＣＭｓａｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｏｓｅｏｆｐａｃｋｅｄｂｅｄｕｓｉｎｇｏｎｌｙｏｎｅｋｉｎｄｏｆＰＣＭ．Ｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅ

7、ｔｈｅｒｍａｌｓｔｏｒａｇｅｕｎｉｔｗｉｔｈｍｕｌｔｉｐｌｅＰＣＭｓｈａｓｍｕｃｈｈｉｇｈｅｒｃｈａｒｇｅｒａｔｅａｎｄｈｉｇｈｅｒｔｈｅｒｍａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｔｈａｎｓｉｎｇｌｅＰＣＭｓｔｏｒａｇｅｂｅｄ．Ｉｎｔｈｅｅｘｅｒｇｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ，ｔｈｅｓｔｏｒａｇｅｂｅｄｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒａｖｅｒａｇｅｍｅｌｔｉｎｇｐｏｉｎｔｃａｎｓｔｏｒｅｍｏｒｅｅｘｅｒｇｙｔｈａｎｔｈａｔｈａｓｌｏｗｅｒａｖｅｒａｇｅｍｅｌｔｉｎｇｐｏｉｎｔ．ＴｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅＰＣＭｓｃａｎｄｒａｍａｔｉｃ

8、ａｌｌｙｒｅｄｕｃｅｃｈａｒｇｅｔｉｍｅ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｓｔｏｒａｇｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｃｋｅｄｂｅｄ；ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｃａｐｓｕｌｅ；ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｌｔｉｎｇｐｏｉｎｔｓ；ｅｎｅｒｇｙ；ｅｘｅｒｇｙ２０１１－０８－２６收到初稿，２０１１－０９－２６收