【摘要】：近年來,基于相變材料(PCM)的儲熱技術(shù)廣泛應(yīng)用于建筑節(jié)能、燃料電池?zé)峥�、電子設(shè)備冷卻和暖通空調(diào)等領(lǐng)域。然而,由于大多數(shù)PCM的導(dǎo)熱系數(shù)低,嚴重制約了相變儲熱技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用推廣�？紤]到易操作和成本低的優(yōu)勢,添加翅片強化固液相變傳熱在實際工程應(yīng)用中最為普遍。然而,由于添加翅片削弱了儲熱容量的潛力,因而優(yōu)化翅片的幾何結(jié)構(gòu)對于相變儲熱裝置的性能提升具有重要的意義。目前,國內(nèi)外對相變儲熱裝置幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理論研究開展較少,而且傳統(tǒng)換熱裝置的幾何結(jié)構(gòu)過于單一,亟需對其空間配置進行優(yōu)化以提升相變儲熱的效率。為此,本文將分形幾何拓展應(yīng)用于固液相變強化傳熱,構(gòu)建了十字分形多孔金屬結(jié)構(gòu)和雪花分形換熱器,為固液相變換熱器的效能提升提供了新思路。在對十字分形多孔金屬與雪花分形換熱器進行幾何結(jié)構(gòu)描述的基礎(chǔ)上,建立了換熱器內(nèi)PCM熔化過程的理論模型并進行數(shù)值研究。定量分析了固體骨架的結(jié)構(gòu)特性和工況參數(shù)對固液相變傳熱特性的影響機理,分別建立了多孔金屬結(jié)構(gòu)參數(shù)(孔隙率、分形維數(shù))和雪花分形肋片的指數(shù)α以及工況參數(shù)與固液相變傳熱性能之間的內(nèi)在聯(lián)系,從而為固液相變換熱裝置的優(yōu)化設(shè)計提供了數(shù)據(jù)支撐。最后,設(shè)計并搭建了雪花分形換熱器內(nèi)固液相變傳熱特性研究的可視化實驗平臺,實時觀測了雪花分形換熱器中PCM在熔化過程中兩相界面的形貌演變,測量并分析了雪花分形換熱器軸向和徑向的動態(tài)溫度特性,并與傳統(tǒng)的直肋式換熱器進行了對比。定量分析了自然對流和工況參數(shù)對固液相變傳熱特性的影響機理,進一步揭示了雪花分形結(jié)構(gòu)對固液相變傳熱過程的強化作用。
【學(xué)位授予單位】：蘇州科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU831
【圖文】：

相變傳熱的研究現(xiàn)狀，最后引出了本文所要研究的內(nèi)容。1.1 問題的提出及研究的意義近年來，人們對固液相變儲能技術(shù)已經(jīng)進行了比較深入的研究并取得了一定的進展。固液相變儲能技術(shù)有著儲熱密度高、體積小巧、溫度控制恒定、節(jié)能效果顯著、相變溫度選擇范圍寬、易于控制等優(yōu)點[1]，目前已廣泛應(yīng)用于建筑、燃料電池、電子設(shè)備、暖通空調(diào)等諸多領(lǐng)域[2-5]。例如在建筑領(lǐng)域，將相變材料（PCM）摻入到建筑材料中，加工成相變儲能維護結(jié)構(gòu)，可以大大增加維護結(jié)構(gòu)的儲熱功能。由于相變儲能維護結(jié)構(gòu)的儲熱作用，建筑物室內(nèi)和室外之間的熱流波動幅度會被減弱，作用時間被延遲，從而可以降低建筑物供暖、空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計負荷，達到節(jié)能的目的[6]。然而大多數(shù)相變材料特別是有機相變材料卻存在導(dǎo)熱系數(shù)低等缺點從而限制了其使用范圍。同時，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)領(lǐng)域相變儲能的傳熱速度、凍融速率、以及蓄熱密度等要求也越來越高[7]。因而，如何強化固液相變傳熱成為傳熱傳質(zhì)學(xué)科領(lǐng)域一個重要研究課題和研究熱點。

使得室內(nèi)的溫度上升速率減緩。Schossig 等[19]的研究表明，相變磚墻能夠有效改善室內(nèi)溫度的波動性，使得舒適性增加。Fang 等[20]將蒙脫石與一種相變點為 23℃的有機相變材料 RT20 進行復(fù)合，制得一種新型的復(fù)合相變材料。該種 PCM 可以很好的與石膏板進行互容，將其加入石膏板中，可以作為一種新型的建筑材料，能有效地降低室內(nèi)溫度的波動幅度。新型的蓄冷空調(diào)是利用夜間谷價電打開壓縮機進行制冷儲能，而在白天峰價電的時候關(guān)閉空調(diào)壓縮機，利用夜間儲存的冷量進行空調(diào)制冷，以達到省錢的目的。目前來說，蓄冷的方式主要有四種，分別為水蓄冷、冰蓄冷、共晶鹽蓄冷以及水合物蓄冷，前兩種方式在實際應(yīng)用中較為常用，但水蓄冷的儲能密度較小，空間占地大，而冰蓄冷的成本又過高，所以目前的專家學(xué)者都著眼于后兩種 PCM 蓄冷的研究。GschwanderS 等[21]進一步改善了相變微膠囊的載體的堅韌性，使得相變微膠囊在泵機運輸過程中不會出現(xiàn)損壞，能更好地應(yīng)用于蓄冷空調(diào)的領(lǐng)域中。文越華等[22]將增稠劑和成核劑加入到 PCM 中，使得 PCM 不再出現(xiàn)相分離與過冷的現(xiàn)象，進一步增強了 PCM 的穩(wěn)定性。同時，在此基礎(chǔ)上，再加入氯化鉀、氯化銨以及硫酸銨等結(jié)晶鹽，使得整個復(fù)合相變材料的相變溫度降低到 10℃左右，以便進一步應(yīng)用于空調(diào)蓄冷中。

大學(xué)碩士論文 第一章 緒]為了改善儲熱系統(tǒng)熱響應(yīng)性能，將 PCM 填充到納米級孔隙的泡沫金屬中，于熱平衡假設(shè)的數(shù)學(xué)模型，研究了 PCM 的體積分數(shù)和泡沫金屬的孔隙率對過程中固液兩相界面的演變、等溫線分布和液相率分布的影響。研究結(jié)果表明金屬的存在下，PCM 完成相變的總時間減少了 96%。Yao 等[32]研究了間隙對高孔隙率開孔泡沫金屬/石蠟復(fù)合相變材料傳熱性能的影響。通過比較模熔化前端與實驗觀察的結(jié)果，驗證了間隙傳熱系數(shù)的相關(guān)性可以用于很好地金屬中石蠟的相變過程。Yao 等[33]對高孔隙率泡沫銅孔隙中石蠟的熔化相行了可視化研究。實驗結(jié)果表明高孔隙率的泡沫銅有效提高了石蠟的熱響應(yīng)蠟的熔化速率增加了兩倍，而熔化潛熱的減少僅有 2.6%。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號：2805530