發(fā)布時(shí)間：2020-09-10 09:13

　　 隨著環(huán)境和傳統(tǒng)能源短缺問(wèn)題的日益嚴(yán)重,太陽(yáng)能作為理想的清潔能源逐漸在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演越來(lái)越大的作用。鹽梯度太陽(yáng)池是太陽(yáng)能利用的一種方式,兼有對(duì)太陽(yáng)輻射能的吸收和儲(chǔ)存作用,不僅是對(duì)當(dāng)今傳統(tǒng)能源的重要補(bǔ)充,更是未來(lái)太陽(yáng)能應(yīng)用的重要形式。本文以鹽梯度太陽(yáng)池為研究對(duì)象,從實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面研究分析。提出了在鹽梯度太陽(yáng)池(SGSP)儲(chǔ)熱層(LCZ)加入復(fù)合相變材料(PCM)蓄熱單元以提高其熱性能的方法。首先通過(guò)可行的方式制備出低成本、熱性能較好的復(fù)合PCM蓄熱單元,然后基于程序控溫模擬鹽梯度太陽(yáng)池實(shí)驗(yàn)臺(tái),研究了添加復(fù)合PCM(50℃熔點(diǎn)石蠟RT50和60℃熔點(diǎn)石蠟RT60)蓄熱單元對(duì)SGSP溫度場(chǎng)的影響,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)鹽梯度太陽(yáng)池進(jìn)行瞬態(tài)?分析計(jì)算,最后利用COMSOL Multiphysics建立數(shù)值仿真模型并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。各部分主要工作及結(jié)論如下:采用添加鋼絲的可行方式制備出低成本、熱性能較好的復(fù)合相變材料(PCM)蓄熱單元,不同條件下使其傳熱系數(shù)相比純石蠟分別提高17.16%(55℃熔化過(guò)程),18.84%(65℃熔化過(guò)程),35.15%(凝固過(guò)程),證明添加鋼絲的確能夠大幅提高復(fù)合相變材料的傳熱系數(shù),并且鋼絲不會(huì)影響石蠟的熔化潛熱和熔化峰值溫度,但石蠟循環(huán)相變5次后,其熔化潛熱會(huì)降低10%左右。實(shí)驗(yàn)研究表明:在相變材料發(fā)生相變階段,添加復(fù)合PCM蓄熱單元的鹽梯度太陽(yáng)池晝夜最大溫差分別降低了2.87℃和2.53℃,瞬態(tài)?參量分別增加了13.52%和20.46%。說(shuō)明PCM對(duì)鹽梯度太陽(yáng)池儲(chǔ)熱層的溫度變化具有良好的穩(wěn)定作用,并且可以優(yōu)化SGSP儲(chǔ)熱層熱性能。數(shù)值研究表明:在相變材料發(fā)生相變階段,添加復(fù)合PCM蓄熱單元的鹽梯度太陽(yáng)池晝夜最大溫差分別降低了1.29℃和1.99℃,實(shí)驗(yàn)與數(shù)值結(jié)果具有良好的一致性。驗(yàn)證了此數(shù)值模型的合理正確性,并且數(shù)值結(jié)果顯示添加PCM能相對(duì)降低鹽梯度太陽(yáng)池LCZ區(qū)域溫度,抑制流場(chǎng)流速,對(duì)維持SGSP的穩(wěn)定性有一定的積極意義。
【學(xué)位單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK515;TB34
【部分圖文】：

通過(guò)可行的方式制備出低成本、熱性能較好的復(fù)合 PCM 相變儲(chǔ)熱材料，并且能夠適用于鹽梯度太陽(yáng)池系統(tǒng)。第二，利用同步熱分析（NETZSCH-STA449）測(cè)量石蠟樣品的熱、物性參數(shù)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算復(fù)合 PCM 蓄熱單元的熱性能參數(shù)包括：平均傳熱系數(shù)、熔化潛熱以及和熔點(diǎn)。2.1 蓄熱單元的制備（1）定制滿足實(shí)驗(yàn)要求的試管：試管下部有直徑為 3mm 的圓柱形小孔，可以把熱電偶插入試管內(nèi)部，方便測(cè)量復(fù)合 PCM 蓄熱單元內(nèi)部的溫度變化。（2）將石蠟（熔點(diǎn)為 47-55℃）RT50 加熱到液相，鋼絲以 1%到 10%不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)和液態(tài)石蠟放入特制的玻璃試管中（圖 2-1（a）（b）），制作成含有不同鋼絲含量的復(fù)合相變材料樣品。在相同條件下制備 10 個(gè)復(fù)合 PCM 蓄熱單元。（3）自然地暴露冷卻至固態(tài)(圖 2-1 (c))。

2.2 復(fù)合 PCM 蓄熱單元實(shí)驗(yàn)研究2.2.1 平均傳熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)RT50 的熔點(diǎn)范圍是 47-55℃，鹽梯度太陽(yáng)池儲(chǔ)熱層溫度一般在 50-70℃，因此分別設(shè)置在 55℃和 65℃恒溫水浴中對(duì)復(fù)合 PCM 蓄熱單元進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定，目的是在兩個(gè)溫度條件下，對(duì)所制備的復(fù)合 PCM 蓄熱單元平均傳熱系數(shù)的測(cè)定。恒溫水浴實(shí)驗(yàn)裝置如圖 2-2（a）所示，主要由 HH-600 型恒溫水浴、PT100熱電偶溫度傳感器、四通道 THTZ408R 型溫度數(shù)據(jù)記錄儀和計(jì)算機(jī)組成。各部分的作用和工作參數(shù)：恒溫水浴控制水的溫度，溫度控制范圍為室溫+5℃-100℃，控制精確度為±0.5℃；熱電偶用于測(cè)量在復(fù)合 PCM 蓄熱單元在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的內(nèi)部的溫度變化，測(cè)量范圍為-50℃-380℃，測(cè)量精度為±0.01℃；數(shù)據(jù)記錄儀用于收集溫度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集周期為 1min，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行圖像分析處理。

探究添加鋼絲是否會(huì)對(duì)石蠟的熱物性能產(chǎn)生影響。二是石蠟在循環(huán)相變過(guò)程中熔化潛熱和熔點(diǎn)是否會(huì)發(fā)生變化。將制備好的復(fù)合 PCM 蓄熱單元放入 25ml 陶瓷杯中，每個(gè)陶瓷杯中的樣品質(zhì)量約為 16g。樣品放置在恒定溫度為 100℃的馬弗爐中 30min（如圖 2-3（a）（b）），然后取出自然冷卻（如圖 2-3（c）），共循環(huán)相變（每次相變包括一次熔化過(guò)程和凝固過(guò)程）55 次。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)時(shí)間特別巨大，因此只選取 C 組：0%、4%和 10%的樣品進(jìn)行循環(huán)相變過(guò)程的實(shí)驗(yàn)。圖 2-3 為循環(huán)相變實(shí)驗(yàn)的裝置和實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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本文編號(hào)：2815647