低温蓄热装置优化设计及实验研究

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1、广州大学硕士学位论文I低温蓄热装置优化设计及实验研究II广州大学硕士学位论文低温蓄热装置优化设计及实验研究专业：供热、供燃气、通风及空调工程硕士生：梁栋栋指导教师：周孝清摘要蓄热技术是实现热能存储与供需平衡的主要途径。通过蓄热装置对热能灵活的存储和释放，可有效应用于清洁能源如太阳能、地热能开发等领域，并改善热能供需在时间上的不均衡及距离上供需差异的问题。对提高能源利用率具有积极意义。相变蓄热技术具有蓄能密度高、相变性能稳定等优点，在蓄热领域中具有广泛应用价值。本文针对低温蓄热装置，以八水氢氧化钡为蓄

2、热介质，对低温相变蓄热装置的传热过程进行了理论和实验研究。本文对低温蓄热装置的优化设计研究主要包括以下几方面:(1)对八水氢氧化钡进行了相变性能和物性参数测试，测试了八水氢氧化钡的DSC曲线和材料的粘度及体积热膨胀系数。通过恒温水浴法测试了八水氢氧化钡的相变过程；通过添加导热油和水的措施探究其对八水氢氧化钡的相变过程影响；（2）建立了相变传热过程数值模型，在考虑自然对流作用下，对蓄热装置相变过程进行了数值分析；（3）建立了U型翅片管和U型光管的蓄热模型，模拟分析了U型光管的蓄热过程特性，研究了入口流

3、速、自然对流和翅片对蓄热装置传热过程的影响。建立了螺旋盘管蓄热模型，对螺旋盘管的蓄热特性进行了分析；（4）建立了螺旋盘管蓄热装置，实验分析了螺旋盘管蓄热过程特性；（5）建立了光管整体蓄热装置模型，对其蓄热过程进行了数值分析。建立了翅片管蓄热装置循环系统，实验研究了添加不同比例的水对八水氢氧化钡—翅片管蓄热装置的蓄、放热影响，分析了不同进、出水流量对装置的蓄热性能影响规律。研究结果表明：（1）八水氢氧化钡具有较高的相变焓，为258.2J/g-264.6J/g，且八水氢氧化钡相变循环性良好，可作为低温蓄

4、热装置合适的相变材料。实验表明纯八水氢氧化钡蓄热过程中易失水，导致相变过程无法循环进行，添加1/3质量比的水与1/4质量比的导热油可使相变时间缩短1/3，并有效避免了水分挥发。（2）八水氢氧化钡蓄热过程中自然对流作用有助于强化换热，开启自然对流模型可使蓄热过程缩短37.2%。蓄热过程中当流速高于一定值时，继续增加流速不再显著影响蓄热速率，对蓄热装置的传热过程优化应主要考虑相变材料侧的换热过程。（3）翅片可有效强化相变传热过程。III低温蓄热装置优化设计及实验研究在翅片间距等于管径，翅片外径二倍于管径

5、下，完成相变过程所需时间可缩短15.3%，蓄热完成时间可缩短21.4%。（4）螺旋盘管蓄热器蓄热过程中不同位置温差较大，其中盘管中心位置处于最不利换热工况，对于体积较大的蓄热装置，不宜采用螺旋盘管蓄热形式。（5）光管整体蓄热装置蓄热过程中材料温度变化引起密度变化，在重力作用产生自然对流，蓄热装置内在竖直方向上温度分层明显。固体材料的显热蓄热阶段时间较长，占整个蓄热周期79.4%。平均蓄热速率为5468.9W。蓄热装置中材料融化过程实际上是固液边界层从上往下移动推进的过程。（6）翅片管蓄热装置实验中蓄

6、热速率随流量增加过程中蓄热速率增加量逐渐减小，存在一个最佳进水流量，在此流量下蓄热效率处于最高水平。添加质量比1/4水状况下水与八水氢氧化钡混合物单位质量蓄热量为356.3kJ/kg。放热过程中，平均放热速率随流量变化成正相关关系。对同一蓄、放热循环，放热过程中，进水温度为材料蓄热初始温度且相同进水流量下，平均放热速率为平均蓄热速率的218.75%。关键词：相变蓄热；八水氢氧化钡；螺旋盘管；自然对流；翅片圆管；数值模拟IV广州大学硕士学位论文OptimizationDesignandExperime

7、ntalResearchofLowTemperatureHeatStorageMajor:Name:Supervisor:AbstractHeatstoragetechnologyisthemainmethodofstoringenergy.Bystoringandreleasingtheheatflexibly,heatstorageequipmentcanbeeffectivelyusedindevelopmentofcleanenergy,suchassolarenergyandgeother

8、malenergy,andimprovementsofthermalimbalanceacrossdifferenttimeandspatialarea.Thiscanimproveefficiencyofenergyusage.Phasechangeheatstoragehastheadvantagesofhighenergystoragedensityandstability,thuscanbewidelyusedinthefieldofheatstoring.T