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太阳能跨季节储热相变材料的选择与换热性能研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 21:50:44
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太阳能跨季节储热相变材料的选择与换热性能研究【摘要】:在能源消耗总量中,用以保证建筑物卫生和舒适条件的供暖、空调等能源的消耗量占较大的比例。将太阳能季节性储热技术应用到建筑物供暖工

【摘要】:在能源消耗总量中,用以保证建筑物卫生和舒适条件的供暖、空调等能源的消耗量占较大的比例。将太阳能季节性储热技术应用到建筑物供暖工程中,将大大提高能源的利用率,且太阳能为清洁无污染的可再生能源,有利于环境保护。 本文参考大量国内外文献,选取NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O为应用于太阳能季节性储热直接供暖系统的固-液相变材料。首先,对工业纯NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O进行了基本参数的实验室测定,包括其固、液态密度、体积膨胀率、熔化曲线和步冷曲线等,并在NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O中添加铜丝,研究其导热系数的提高效果。其次,为了研究其实际传热性能,搭建了单根垂直同心套管实验台,进行连续蓄热与间歇蓄热熔化过程的实验研究。在蓄热实验过程中,相变材料轴向及径向温度均出现明显的温度分层现象。在240分钟的蓄热时间内,间歇蓄热过程的总换热量比连续蓄热过程多10.2%,可见,间歇蓄热过程更利于相变材料蓄热。最后,应用FLUENT模拟换热流体不同温度、不同流向对熔化过程的影响及连续凝固、间歇凝固过程的换热性能,得出以下结论:(1)相变材料的径向填充厚度对熔化过程的影响较小,换热器的高度对相变材料的熔化过程影响较大;(2)换热流体进口温度对换热强度的影响甚大,适当提高换热温差,利于换热;(3)换热流体的流向对整个蓄热过程的影响不大,因此,在换热系统的实际设计时,可忽略换热流体流向的影响,应主要考虑环路阻力问题,选择较小的环路阻力,可以节省循环水泵的电力消耗;(4)间歇凝固过程所消耗的能量为连续凝固过程的75%,可节省25%能量,实际运行时,应优先选用间歇取热模式。 本文重点研究了相变换热器的设计及相变储能系统的运行模式,为相变储能材料的研究提供了新的思路,并为相变储能系统在实际中的应用提供理论和数据支持,有重要的现实意义。 【关键词】:相变材料 十二水合硫酸铝铵 温度场 连续蓄/放热 间歇蓄/放热
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TB34;TK124
【目录】:
  • 摘要3-4
  • ABSTRACT4-8
  • 第一章 绪论8-16
  • 1.1 研究背景及意义8-10
  • 1.2 国内外研究现状10-14
  • 1.2.1 相变材料的研究现状10-11
  • 1.2.2 跨季节太阳能储热的研究现状11-14
  • 1.3 本课题研究内容14-16
  • 第二章 中温相变材料的选择及其物理性质16-32
  • 2.1 相变材料的选择16-18
  • 2.2 十二水合硫酸铝铵的基本物性18
  • 2.3 十二水合硫酸铝铵物性参数的测定18-28
  • 2.3.1 固态、液态密度19-20
  • 2.3.2 体积膨胀率20-21
  • 2.3.3 熔化曲线21-22
  • 2.3.4 步冷曲线22-28
  • 2.4 十二水合硫酸铝铵导热系数的提高方法28-30
  • 2.5 本章小结30-32
  • 第三章 同心套管实验台的设计研究32-39
  • 3.1 换热管路设计32-34
  • 3.2 换热管路管材及尺寸选择34-35
  • 3.3 换热管路保温设计35-37
  • 3.4 加热系统37
  • 3.5 实验设备的选择37
  • 3.6 实验数据的误差分析37-38
  • 3.7 本章小结38-39
  • 第四章 单根换热管蓄热性能的实验研究39-48
  • 4.1 连续蓄热过程换热特性40-43
  • 4.2 间歇蓄热过程换热特性43-45
  • 4.3 连续蓄热实验与间歇蓄热实验对比45-47
  • 4.4 本章小结47-48
  • 第五章 单根换热管蓄、放热性能的数值模拟研究48-67
  • 5.1 相变传热过程的特点及物理模型48-49
  • 5.2 相变传热的数学模型49-50
  • 5.2.1 温度法模型49-50
  • 5.2.2 焓法模型50
  • 5.3 相变材料相变模拟结果及实验验证50-54
  • 5.3.1 模拟软件及相变模拟问题的基本理论50-52
  • 5.3.2 计算过程参数的设置52-53
  • 5.3.3 模拟结果及实验验证53-54
  • 5.4 熔化过程的模拟研究54-61
  • 5.4.1 熔化过程温度场分布54-57
  • 5.4.2 换热流体不同温度对熔化过程的影响57-59
  • 5.4.3 换热流体不同流向对熔化过程的影响59-61
  • 5.5 凝固过程的模拟研究61-65
  • 5.5.1 连续凝固过程61-63
  • 5.5.2 间歇凝固过程63-65
  • 5.5.3 连续凝固过程与间歇凝固过程对比65
  • 5.6 本章小结65-67
  • 第六章 结论与展望67-69
  • 6.1 结论67-68
  • 6.2 展望68-69
  • 参考文献69-73
  • 发表论文和参加科研情况说明73-74
  • 致谢74


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