我國(guó)工業(yè)部門在生產(chǎn)、制造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的余熱、廢熱資源,如果不加以合理回收利用就會(huì)造成能量的巨大浪費(fèi),加重能源供求緊張關(guān)系;與此同時(shí),在我國(guó)北方城鎮(zhèn)仍然存在大量建筑面積靠自備采暖效率并不高的小型燃煤鍋爐來(lái)供暖,這不僅會(huì)造成能量利用率低,而且也會(huì)加重環(huán)境污染,因此尋求合理的方法解決上述兩個(gè)矛盾迫在眉睫。移動(dòng)式蓄熱技術(shù)能將工業(yè)余熱、廢熱收集并儲(chǔ)存在自身蓄熱材料中,經(jīng)卡車輸送到附近熱用戶處,為熱用戶提供熱水或采暖,從而實(shí)現(xiàn)將熱量供求雙方在時(shí)間、地點(diǎn)和強(qiáng)度方面重新匹配,是解決上述熱量供求矛盾問(wèn)題理想方法。移動(dòng)式相變蓄熱裝置由于具有蓄熱密度大、熱負(fù)荷穩(wěn)定、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)成為移動(dòng)式蓄熱技術(shù)發(fā)展方向,但移動(dòng)式相變蓄熱裝置由于自身相變蓄熱材料導(dǎo)熱系數(shù)低的原因蓄放熱效率往往不高,為此本文利用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬的方法從相變蓄熱裝置蓄放熱性能、高效相變蓄熱材料的選取以及蓄熱單元蓄放熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面進(jìn)行研究,力爭(zhēng)為高效移動(dòng)式相變蓄熱裝置的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。工業(yè)部門產(chǎn)生的余熱、廢熱資源溫度和余熱量不同時(shí)刻可能會(huì)發(fā)生變化,因此探究工業(yè)余熱資源變工況時(shí)熱源溫度與余熱量對(duì)移動(dòng)式相變蓄熱裝置回收利用余熱資源過(guò)程中蓄放熱過(guò)程的影響具有重要意義。本文采用Rubitherm#60石蠟類相變蓄熱材料為蓄熱介質(zhì),搭建了通過(guò)改變循環(huán)水溫度、流量來(lái)研究余熱、廢熱資源熱源溫度與余熱量變工況時(shí)對(duì)移動(dòng)式相變蓄熱裝置蓄放熱性能影響的小型實(shí)驗(yàn)臺(tái)。研究發(fā)現(xiàn)相變蓄熱材料蓄熱熔化過(guò)程與放熱凝固過(guò)程都存在三個(gè)階段,即固態(tài)顯熱、潛熱以及液態(tài)顯熱蓄熱階段,其中顯熱蓄放熱階段溫度變化大、上升速率快,換熱方式以導(dǎo)熱為主;潛熱蓄放熱階段溫度變化較小,換熱方式對(duì)流為主、導(dǎo)熱為輔。潛熱蓄放熱階段會(huì)存在自然對(duì)流現(xiàn)象,它會(huì)促進(jìn)蓄熱材料的蓄熱熔化過(guò)程及阻礙放熱凝固過(guò)程,因此值得重點(diǎn)研究。此外,利用無(wú)量綱數(shù)表征蓄熱裝置蓄放熱進(jìn)行程度,蓄放熱量及其變化量的大小可以通過(guò)柱狀圖得到。其次,本文以實(shí)驗(yàn)采用的增設(shè)橫肋的開孔翅片為研究對(duì)象,利用ICEMCFD軟件對(duì)蓄熱單元進(jìn)行幾何建模、結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格劃分,并完成了網(wǎng)格獨(dú)立性與可靠性驗(yàn)證。研究了綜合性能最佳的相變蓄熱材料選取,針對(duì)回收利用工業(yè)300℃的中低溫余熱、廢熱資源從而為熱用戶供應(yīng)85℃的熱水情況,對(duì)選取的10種常見的相變蓄熱材料進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,對(duì)比分析了該10種蓄熱材料蓄放熱量、蓄放熱速率以及速度矢量圖。綜合考慮,#5(56%LiNO3-44%NaNO3)相變蓄熱材料由于具有較大的蓄放熱量和較高的蓄放熱速率,可以認(rèn)為本文特定工況下研究的所有蓄熱材料中性能最優(yōu)的相變蓄熱材料。最后,通過(guò)數(shù)值模擬方法研究了蓄熱單元換熱結(jié)構(gòu)強(qiáng)化換熱優(yōu)化方案,包括翅片開孔尺寸、橫肋截面尺寸、翅片間距以及翅片厚度。研究表明,翅片開孔和橫肋強(qiáng)化換熱性能的原理不同,前者為打斷和重新生成熱邊界層;后者為增強(qiáng)蓄熱熔化過(guò)程和阻礙放熱凝固過(guò)程中自然對(duì)流的擾動(dòng)作用;翅片間距和翅片厚度則是通過(guò)改變蓄熱單元平均傳熱熱阻來(lái)改變蓄放熱性能,減小翅片間距以及增大翅片厚度對(duì)蓄熱單元蓄放熱性具有非常顯著的效果,改善效果要明顯優(yōu)于翅片開孔以及增設(shè)橫肋,但要考慮到蓄熱裝置可能增加的質(zhì)量以及初期投資問(wèn)題,需要進(jìn)行綜合考慮。本文得到相關(guān)結(jié)論可以為移動(dòng)式相變蓄熱裝置的設(shè)計(jì)、優(yōu)化與工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU832;TK115
【部分圖文】：

煉廠、化工廠、水泥廠等工業(yè)部門產(chǎn)生的余熱、廢熱資源并儲(chǔ)存在儲(chǔ)熱材料中，逡逑然后以車載的方式轉(zhuǎn)運(yùn)到熱用戶處，從而實(shí)現(xiàn)余熱、廢熱資源在區(qū)域和時(shí)間上的逡逑重新分布，提高能源利用率，降低能耗。移動(dòng)式蓄熱技術(shù)應(yīng)用示意圖如圖１－２所逡逑７ＪＣ邋0逡逑４逡逑

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文逡逑利用技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中具有更加穩(wěn)定、可靠的特點(diǎn)。圖１－２和圖１－３分別為接觸式逡逑蓄熱裝置和非接觸式蓄熱裝置示意圖。逡逑Ｃｈａｒｇｉｎｇ／ｄＮｓｃｆｔａｒｇｉｎｇ逡逑＇邐Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ邋ｓｐａｃｅ邋邐＼邐－逡逑ｆＳａｍｐｅ逡逑＾ｉｔｐｕｔ邋ＰＴＦＥ邋ｐｉｐｅ逡逑／邋？－邐邐－二邐邐邐邐逡逑Ｓｏｄｉｕｍ邋ａｃｅｔａｔｅ邋ｊｙ邐＝ａｎ９？逡逑ｍｐｕｔ邋Ｐ了Ｆ￡邋ｐｉｐｅ逡逑圖１－３接觸式蓄熱裝置逡逑ｒｉ：ｔ｜邋１１１邋％ｌ逡逑？熱體外殼不銹鍋ｉ熱體邐絕熱ｗ料逡逑圖１＿４非接觸式蓄熱裝置逡逑Ｌｉ等人研究了移動(dòng)式蓄熱技術(shù)供熱經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，研究表明，利用移動(dòng)式逡逑蓄熱技術(shù)裝置供應(yīng)ｌｋＷｈ熱量的成本與運(yùn)輸距離呈正比、與熱源品質(zhì)成反比。相逡逑比生物質(zhì)／沼氣／油鍋爐設(shè)備以及空氣源熱泵采暖方式，對(duì)于運(yùn)輸距離近、熱需求逡逑量大的熱用戶更適合采用移動(dòng)式蓄熱技術(shù)，移動(dòng)式蓄熱技術(shù)供熱成本在０．０３－逡逑０．０６ＵＳＤ／ｋＷｈ邋之間。逡逑Ｇｕｏ等人［２（），２１］針對(duì)我國(guó)北方某城市移動(dòng)式相變蓄熱技術(shù)供熱案例進(jìn)行了技逡逑術(shù)與經(jīng)濟(jì)性可行性研宄，熱用戶為居民住宅區(qū)２４ｈ連續(xù)采暖，采暖總功率為逡逑４２２．５ｋＷ，熱源來(lái)自１３ｋｍ處煉焦廠廢氣，廢氣溫度為１４０°Ｃ。研宄表明，由于換逡逑熱溫差以及散熱問(wèn)題的存在，此移動(dòng)式蓄熱裝置不適用采用散熱片取暖方式，建逡逑議采用風(fēng)機(jī)盤管或地暖的形式。此外

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文逡逑利用技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中具有更加穩(wěn)定、可靠的特點(diǎn)。圖１－２和圖１－３分別為接觸式逡逑蓄熱裝置和非接觸式蓄熱裝置示意圖。逡逑Ｃｈａｒｇｉｎｇ／ｄＮｓｃｆｔａｒｇｉｎｇ逡逑＇邐Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ邋ｓｐａｃｅ邋邐＼邐－逡逑ｆＳａｍｐｅ逡逑＾ｉｔｐｕｔ邋ＰＴＦＥ邋ｐｉｐｅ逡逑／邋？－邐邐－二邐邐邐邐逡逑Ｓｏｄｉｕｍ邋ａｃｅｔａｔｅ邋ｊｙ邐＝ａｎ９？逡逑ｍｐｕｔ邋Ｐ了Ｆ￡邋ｐｉｐｅ逡逑圖１－３接觸式蓄熱裝置逡逑ｒｉ：ｔ｜邋１１１邋％ｌ逡逑？熱體外殼不銹鍋ｉ熱體邐絕熱ｗ料逡逑圖１＿４非接觸式蓄熱裝置逡逑Ｌｉ等人研究了移動(dòng)式蓄熱技術(shù)供熱經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，研究表明，利用移動(dòng)式逡逑蓄熱技術(shù)裝置供應(yīng)ｌｋＷｈ熱量的成本與運(yùn)輸距離呈正比、與熱源品質(zhì)成反比。相逡逑比生物質(zhì)／沼氣／油鍋爐設(shè)備以及空氣源熱泵采暖方式，對(duì)于運(yùn)輸距離近、熱需求逡逑量大的熱用戶更適合采用移動(dòng)式蓄熱技術(shù)，移動(dòng)式蓄熱技術(shù)供熱成本在０．０３－逡逑０．０６ＵＳＤ／ｋＷｈ邋之間。逡逑Ｇｕｏ等人［２（），２１］針對(duì)我國(guó)北方某城市移動(dòng)式相變蓄熱技術(shù)供熱案例進(jìn)行了技逡逑術(shù)與經(jīng)濟(jì)性可行性研宄，熱用戶為居民住宅區(qū)２４ｈ連續(xù)采暖，采暖總功率為逡逑４２２．５ｋＷ，熱源來(lái)自１３ｋｍ處煉焦廠廢氣，廢氣溫度為１４０°Ｃ。研宄表明，由于換逡逑熱溫差以及散熱問(wèn)題的存在，此移動(dòng)式蓄熱裝置不適用采用散熱片取暖方式，建逡逑議采用風(fēng)機(jī)盤管或地暖的形式。此外

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2807393