我國工業(yè)部門在生產(chǎn)、制造過程中會產(chǎn)生大量的余熱、廢熱資源,如果不加以合理回收利用就會造成能量的巨大浪費,加重能源供求緊張關(guān)系;與此同時,在我國北方城鎮(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供暖,這不僅會造成能量利用率低,而且也會加重環(huán)境污染,因此尋求合理的方法解決上述兩個矛盾迫在眉睫。移動式蓄熱技術(shù)能將工業(yè)余熱、廢熱收集并儲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,從而實現(xiàn)將熱量供求雙方在時間、地點和強度方面重新匹配,是解決上述熱量供求矛盾問題理想方法。移動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)點成為移動式蓄熱技術(shù)發(fā)展方向,但移動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,為此本文利用實驗與數(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,力爭為高效移動式相變蓄熱裝置的設(shè)計奠定基礎(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刻可能會發(fā)生變化,因此探究工業(yè)余熱資源變工況時熱源溫度與余熱量對移動式相變蓄熱裝置回收利用余熱資源過程中蓄放熱過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),搭建了通過改變循環(huán)水溫度、流量來研究余熱、廢熱資源熱源溫度與余熱量變工況時對移動式相變蓄熱裝置蓄放熱性能影響的小型實驗臺。研究發(fā)現(xiàn)相變蓄熱材料蓄熱熔化過程與放熱凝固過程都存在三個階段,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,換熱方式對流為主、導(dǎo)熱為輔。潛熱蓄放熱階段會存在自然對流現(xiàn)象,它會促進(jìn)蓄熱材料的蓄熱熔化過程及阻礙放熱凝固過程,因此值得重點研究。此外,利用無量綱數(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柱狀圖得到。其次,本文以實驗采用的增設(shè)橫肋的開孔翅片為研究對象,利用ICEMCFD軟件對蓄熱單元進(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)格獨立性與可靠性驗證。研究了綜合性能最佳的相變蓄熱材料選取,針對回收利用工業(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,對選取的10種常見的相變蓄熱材料進(jìn)行了數(shù)值計算,對比分析了該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,通過數(shù)值模擬方法研究了蓄熱單元換熱結(jié)構(gòu)強化換熱優(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;后者為增強蓄熱熔化過程和阻礙放熱凝固過程中自然對流的擾動作用;翅片間距和翅片厚度則是通過改變蓄熱單元平均傳熱熱阻來改變蓄放熱性能,減小翅片間距以及增大翅片厚度對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)論可以為移動式相變蓄熱裝置的設(shè)計、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、廢熱資源并儲存在儲熱材料中，逡逑然后以車載的方式轉(zhuǎn)運到熱用戶處，從而實現(xiàn)余熱、廢熱資源在區(qū)域和時間上的逡逑重新分布，提高能源利用率，降低能耗。移動式蓄熱技術(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)用過程中具有更加穩(wěn)定、可靠的特點。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等人研究了移動式蓄熱技術(shù)供熱經(jīng)濟(jì)性問題，研究表明，利用移動式逡逑蓄熱技術(shù)裝置供應(yīng)ｌｋＷｈ熱量的成本與運輸距離呈正比、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，對于運輸距離近、熱需求逡逑量大的熱用戶更適合采用移動式蓄熱技術(shù)，移動式蓄熱技術(shù)供熱成本在０．０３－逡逑０．０６ＵＳＤ／ｋＷｈ邋之間。逡逑Ｇｕｏ等人［２（），２１］針對我國北方某城市移動式相變蓄熱技術(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題的存在，此移動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)用過程中具有更加穩(wěn)定、可靠的特點。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等人研究了移動式蓄熱技術(shù)供熱經(jīng)濟(jì)性問題，研究表明，利用移動式逡逑蓄熱技術(shù)裝置供應(yīng)ｌｋＷｈ熱量的成本與運輸距離呈正比、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，對于運輸距離近、熱需求逡逑量大的熱用戶更適合采用移動式蓄熱技術(shù)，移動式蓄熱技術(shù)供熱成本在０．０３－逡逑０．０６ＵＳＤ／ｋＷｈ邋之間。逡逑Ｇｕｏ等人［２（），２１］針對我國北方某城市移動式相變蓄熱技術(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題的存在，此移動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)機盤管或地暖的形式。此外

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2807393