【摘要】：相變儲(chǔ)熱技術(shù)因其儲(chǔ)熱密度大、可固定溫度放熱、循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)而獲得大量關(guān)注。但適用于高溫領(lǐng)域,特別是1273.15 K以上的高溫相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)的研究報(bào)道較少,且現(xiàn)有技術(shù)主要是關(guān)于熔鹽相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)的。用于高溫的全金屬相變膠囊式儲(chǔ)熱系統(tǒng)的研究報(bào)道還很少,且對(duì)全金屬相變膠囊式儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱和濾熱機(jī)理研究不夠。本文以Cu@Cr@Ni高溫金屬相變膠囊、concrete、Ni和MgCl2@304L不銹鋼作為儲(chǔ)熱單元,以高溫轉(zhuǎn)爐煙氣為傳熱流體,采用固定堆積床式儲(chǔ)熱系統(tǒng),從儲(chǔ)熱材料堆積方式、容器長(zhǎng)徑比、流體進(jìn)口速度、流體進(jìn)口溫度的波動(dòng)周期和波動(dòng)幅度等幾方面研究?jī)?chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱性能和濾熱性能。對(duì)于固定堆積床式儲(chǔ)熱系統(tǒng),球形儲(chǔ)熱材料的堆積方式有兩種,分別為Specially Packed Bed(SPB)和Randomly Packed Bed(RPB)。分別對(duì)填充Cu@Cr@Ni、concrete、Ni和MgCl2@304L不銹鋼的SPB和RPB儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱性能和濾熱性能進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明,由于RPB儲(chǔ)熱系統(tǒng)中儲(chǔ)熱材料的錯(cuò)排會(huì)增強(qiáng)系統(tǒng)中流體的湍流擾動(dòng),從而增強(qiáng)流體與儲(chǔ)熱材料間的熱交換能力,RPB儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱效率增加,濾熱性能增強(qiáng);另外,同一系統(tǒng)中,填充Cu@Cr@Ni膠囊的儲(chǔ)熱系統(tǒng)儲(chǔ)熱效率和濾熱性能更好。數(shù)值模擬了儲(chǔ)熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)填充Cu@Cr@Ni的RPB儲(chǔ)熱系統(tǒng)性能的影響。結(jié)果表明,容器長(zhǎng)徑比值小的儲(chǔ)熱系統(tǒng),流體在儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)速度減小,從而使Cu@Cr@Ni與煙氣間的熱交換能力減弱,膠囊的升溫速率減緩,完成相變所需時(shí)間延長(zhǎng),儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱效率降低,濾熱性能降低;容器長(zhǎng)徑比為1566/340和340/1566的RPB儲(chǔ)熱系統(tǒng)調(diào)控溫度波動(dòng)的衰減率分別為92.2%和87.8%。數(shù)值模擬了傳熱流體參數(shù)對(duì)填充Cu@Cr@Ni膠囊的RPB儲(chǔ)熱系統(tǒng)性能的影響。結(jié)果表明,在RPB儲(chǔ)熱系統(tǒng)中,當(dāng)流體溫度一定時(shí),相變材料與傳熱流體間的能量傳遞效率隨進(jìn)口速度的增加而減小;當(dāng)流體進(jìn)口溫度處于波動(dòng)狀態(tài),出口溫度達(dá)到穩(wěn)態(tài)波動(dòng)后,進(jìn)口溫度波動(dòng)周期對(duì)出口溫度的波動(dòng)幅度幾乎無(wú)影響,均為15.7 K;隨進(jìn)口溫度振幅的增加出口溫度幅度增加;但是進(jìn)口溫度波動(dòng)周期和波動(dòng)振幅與相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)的衰減率無(wú)關(guān),儲(chǔ)熱系統(tǒng)的衰減率幾乎都為92.2%。
[Abstract]:Phase change heat storage technology has attracted much attention because of its advantages such as high heat storage density, heat release at fixed temperature, recycling and so on. However, there are few reports on high temperature phase change heat storage systems, especially those above 1273.15 K, and the existing technologies are mainly about molten salt phase change heat storage systems. There are few reports on the all-metal phase-change capsule heat storage system for high temperature, and the research on the heat storage and filtration mechanism of the all-metal phase change capsule type heat storage system is not enough. In this paper, Cu@Cr@Ni high temperature metal phase change capsule, concrete,Ni and MgCl2@304L stainless steel are used as heat storage units, and high temperature converter flue gas is used as heat transfer fluid. The heat storage performance and heat filtration performance of the heat storage system are studied in terms of the fluid inlet velocity, the fluctuation period and the fluctuation amplitude of the fluid inlet temperature. For the fixed packed bed type heat storage system, there are two kinds of stacking methods of spherical heat storage materials, Specially Packed Bed (SPB) and Randomly Packed Bed (RPB)., respectively. The thermal storage performance and heat filtration performance of SPB and RPB thermal storage systems filled with Cu@Cr@Ni,concrete,Ni and MgCl2@304L stainless steel were simulated respectively. The results show that the misalignment of the heat storage materials in the RPB heat storage system will enhance the turbulence disturbance of the fluid in the system, thus enhancing the heat exchange ability between the fluid and the heat storage material. The heat storage efficiency of the RPB heat storage system will increase and the heat filtration performance will be enhanced. In addition, in the same system, the heat storage efficiency and heat filtration performance of the heat storage system filled with Cu@Cr@Ni capsule are better. The effect of heat storage system structure on the performance of RPB heat storage system filled with Cu@Cr@Ni was numerically simulated. The results show that in the heat storage system with small ratio of length to diameter, the velocity of fluid moving in the heat storage system decreases, the heat exchange between Cu@Cr@Ni and flue gas decreases, the heating rate of capsule slows down, and the time required to complete phase transition is prolonged. The heat storage efficiency and the heat filtration performance of the heat storage system are decreased. The attenuation rates of temperature fluctuation in RPB heat storage system with aspect ratio of 1566 / 340 and 340 / 1566 are 92.2% and 87.8%, respectively. The effect of heat transfer fluid parameters on the performance of RPB thermal storage system filled with Cu@Cr@Ni capsule was numerically simulated. The results show that the energy transfer efficiency between the phase change material and the heat transfer fluid decreases with the increase of inlet velocity when the temperature of the fluid is constant in the RPB heat storage system. When the inlet temperature of the fluid is in a fluctuating state and the outlet temperature reaches a steady state, the fluctuation period of the inlet temperature has almost no effect on the fluctuation of the outlet temperature, which is 15.7 K, and increases with the increase of the amplitude of the inlet temperature. However, the fluctuation period and amplitude of the inlet temperature are independent of the attenuation rate of the phase change heat storage system, and the attenuation rate of the thermal storage system is almost 92.22.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB34

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本文編號(hào)：2330544