發(fā)布時(shí)間：2019-09-18 07:01

【摘要】：我國(guó)工業(yè)煙氣余熱資源豐富,回收利用煙氣余熱是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中節(jié)能減排的重要一環(huán)。在工業(yè)用能中,能量品位較高的煙氣余熱利用較好,而較低的中低溫?zé)煔庥酂釙?huì)直接排放掉,造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。本文以利用較低品位煙氣余熱的相變儲(chǔ)熱換熱器為研究對(duì)象,以提高相變儲(chǔ)熱換熱器儲(chǔ)熱效率為研究目的,通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的研究方法,研究了不同儲(chǔ)熱裝置換熱管結(jié)構(gòu)對(duì)于相變換熱過程中換熱系數(shù)的影響。通過對(duì)比分析不同換熱管結(jié)構(gòu)對(duì)相變換熱器中相變材料完全熔化時(shí)間的影響,篩選出強(qiáng)化傳熱效果最優(yōu)的相變換熱器中換熱管結(jié)構(gòu)。本課題其主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:1、根據(jù)不同中低溫相變材料的特點(diǎn),篩選出了兩種符合本課題研究?jī)?nèi)容的中低溫相變材料。通過步冷這一實(shí)驗(yàn)方法,確定相變材料的相變溫度、過冷度、傳熱均勻性、相變材料相變的穩(wěn)定性,認(rèn)為三水醋酸鈉適合作為本課題研究的相變材料,該相變材料的相變溫度為57℃,相變潛熱大,相變性能穩(wěn)定,過冷度小。2、根據(jù)數(shù)值模擬的研究方法,先用ANSYS-Fluent建立了 12組不同換熱管結(jié)構(gòu)相變蓄熱單元的傳熱模型,模擬出了不同相變單元的相變過程,計(jì)算得到了不同換熱單元的熔化過程的液相率隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線及出口煙氣溫度隨時(shí)間變化的曲線,結(jié)果顯示,翅片管結(jié)構(gòu)的相變換熱器相變傳熱效率要遠(yuǎn)大于光管結(jié)構(gòu)的相變換熱器,且當(dāng)翅片間距L=6mm,翅片高度H=4mm時(shí)的翅片管結(jié)構(gòu)為最優(yōu)的換熱管結(jié)構(gòu)。再根據(jù)研究的最優(yōu)換熱管結(jié)構(gòu),用ANSYS-Fluent建立了光管和翅片管整體相變換熱裝置的傳熱模型,結(jié)果顯示,翅片管相變換熱裝置中相變材料完全熔化的時(shí)間比光管換熱中相變材料完全熔化的時(shí)間減少20.8%,說明該結(jié)構(gòu)具有明顯提高相變儲(chǔ)能效率的作用。3、為驗(yàn)證模擬仿真的結(jié)果正確性,設(shè)計(jì)并制作了 5管程的U型管型相變換熱器,以三水醋酸鈉為相變材料,并搭建了測(cè)量相變換熱器傳熱過程中的相關(guān)測(cè)點(diǎn)溫度及流量實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。對(duì)比實(shí)驗(yàn)和仿真的結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)與仿真中相變材料的完全熔化的時(shí)間分別為780min和755min,相差25min,誤差為3.3%,說明仿真結(jié)果正確。
【圖文】：

多余的熱量或直接排放掉的熱量存儲(chǔ)起來，在需要時(shí)再將其釋放出來加以利用，逡逑這就是相變儲(chǔ)能的基本原理。相變儲(chǔ)能技術(shù)可以將外界環(huán)境的溫度維持在一定穩(wěn)逡逑定的范圍內(nèi)，相變材料儲(chǔ)能過程的基本原理如圖２．１所示。逡逑Ｊ邋‘逡逑苔熱過程邐放熱過程逡逑邐１邐１逡逑／邋．逡逑eA熱／邐＼顯熱逡逑／邐＼逡逑一＾邐邐邐＾＿＿＾…相變溫度逡逑顯－熱潛熱邐潛熱．逡逑熱逡逑時(shí)間逡逑圖２．１相變儲(chǔ)能基本原理逡逑Ｆｉｇ２．１邋Ｔｈｅ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｐｈａｓｅ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｓｔｏｒａｇｅ逡逑在相變過程中相變儲(chǔ)能介質(zhì)一般是等溫或近似等溫的過程，相變材料因?yàn)橄噱义献兌栈蜥尫懦龅哪芰糠Q為相變潛熱。金屬的相變潛熱一般在４５０Ｋ．Ｉ／ｋｇ左右，逡逑而某些無機(jī)鹽的相變潛熱則高達(dá)ｌＯＯＯＫＪ／ｋｇ，如ＬｉＦ。相變材料在熔化時(shí)將吸收大逡逑量的相變熱量，在凝固時(shí)能夠吸收大量的相變冷量，這使得對(duì)相變儲(chǔ)能技術(shù)的研逡逑究變得非常有意義。逡逑任何一種物質(zhì)固相中的分子和液相中的分子之間有相對(duì)大得多的自由運(yùn)動(dòng)，逡逑它們之間有相對(duì)較高的能量。物質(zhì)的相變主要分為在固一液相變、液一氣相變、逡逑固一氣相變，這三個(gè)相變它們的相變潛熱是依次遞增的。逡逑２．丨．２相變材料簡(jiǎn)介逡逑相變材料（相變材料－Ｐｈａｓｅ邋Ｃｈａｎｇｅ邋Ｍａｔｅｒｉａｌ）是指物質(zhì)相態(tài)可以隨溫度變化而逡逑發(fā)生改變的物質(zhì)。相變材料分類方式較多，根據(jù)相變溫度，相變材料可以分為低逡逑溫、中溫、高溫相變材料；根據(jù)材料化學(xué)組成

復(fù)合相變材料；根據(jù)相變方式，，相變材料可以分為固－氣、液－氣、固－液、固－固相逡逑變材料。相變材料是相變儲(chǔ)能系統(tǒng)中最重要的一部分，相變材料是否合適直接關(guān)逡逑系到相變儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作性能，如圖２．２為常見相變儲(chǔ)能材料的分類逡逑邐邐邋相變材料逡逑邐逡逑邐ｔ邐逡逑邐ｆ邐逡逑固－固相變邐＾邋．逡逑■邐－邐｜邐ｆ—邋有機(jī)相變逡逑固－氣相變邐Ｉ邐邐逡逑■邋－邋—邋：￣＾邐ｒ＇———＾邐無機(jī)相變逡逑液－氣相變邐Ｉ邐邐逡逑邐邋—邋復(fù)合相變逡逑固－液相變邐—Ｊ邐邐逡逑ｉ邋Ｉ邐ｉ逡逑邐邋邐邐邋邐逡逑低溫相變邐中溫相變邐高溫相變逡逑－５０－１００°Ｃ邐１００－２００°Ｃ邐＞２００邋°Ｃ逡逑圖２．２常見相變儲(chǔ)能材料的分類逡逑Ｆｉｇ２．２邋Ｔｈｅ邋ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｏｍｍｏｎ邋ｐｈａｓｅ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑本課題主要討論的是能夠在適合回收中低溫?zé)煔庥酂嵯嘧儾牧�，相變溫度范逡逑圍主要集中在５�?#176;Ｃ？１００°Ｃ，且具有經(jīng)濟(jì)性好價(jià)格便宜易得、相變潛熱高、導(dǎo)熱逡逑系數(shù)高、性質(zhì)穩(wěn)定、相變過程過冷現(xiàn)象不明顯、熔化蒸氣壓力低、對(duì)封裝容器腐逡逑蝕性小等特點(diǎn)。逡逑２．２相變儲(chǔ)能換熱器的設(shè)計(jì)逡逑相變換熱器是回收煙氣余熱的重要設(shè)備，由于其工作條件較為復(fù)雜，其設(shè)計(jì)逡逑要綜合考慮使用中各方面的因素【５８＿６（）】，如接觸的工質(zhì)、運(yùn)行溫度、換熱器的使用逡逑壽命、經(jīng)濟(jì)性等，主要需要考慮的幾個(gè)設(shè)計(jì)因素如下：逡逑Ｉ）最局壁溫逡逑余熱資源的溫度范圍很廣
【學(xué)位授予單位】：中南林業(yè)科技大學(xué)
【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)：2537390