【摘要】：填充床式相變蓄熱器由于具有運行效率高、占地面積小、結(jié)構(gòu)簡單以及經(jīng)濟性好的優(yōu)勢,正日益受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。然而,由于相變材料的低導(dǎo)熱系數(shù),使得相變蓄熱系統(tǒng)的蓄/放熱時間較長。因此,在對比分析目前強化換熱的主要技術(shù)手段的基礎(chǔ)上,本研究針對采用熱管技術(shù)強化填充床內(nèi)部的傳熱過程進行了數(shù)值分析。本文采用ANSYS Fluent軟件建立三維瞬態(tài)模型,基于集總熱阻網(wǎng)絡(luò)法(熱管模型)與焓-多孔介質(zhì)法(相變模型)相結(jié)合的方法分析了換熱流體流動狀態(tài)、熱管耦合長度、換熱流體種類以及發(fā)展中流動對單EPCM-HP單元蓄、放熱過程的影響特性。并對發(fā)展中流動下多EPCM-HP單元陣列排布方式(順排、叉排)對蓄/放熱特性的影響進行了數(shù)值分析。在單個EPCM-HP單元的蓄熱過程中,耦合熱管時單元總?cè)诨瘯r長可縮短約11.26%。換熱流體流動狀態(tài)對EPCM-HP單元蓄熱過程影響較大。層流時EPCM-HP單元總?cè)诨瘯r間是紊流流態(tài)下總?cè)诨瘯r長的十多倍,且紊流中流線分布的對稱性較差。隨著熱管耦合長度的增加,EPCM-HP單元的總?cè)诨瘯r長減少,但其強化效果并不顯著。換熱流體為Therminol/VP-1導(dǎo)熱油時單元總?cè)诨瘯r長(1115 s)小于空氣(2021 s),但當換熱流體為空氣時熱管對單元蓄熱過程的強化換熱效果更加顯著。與充分發(fā)展流動相比,發(fā)展中流動可縮短EPCM-HP單元融化時長約9.58%。在單EPCM-HP單元的放熱過程中,耦合熱管可縮短單元放熱時間約13.25%;紊流流態(tài)下EPCM-HP單元總放熱時間(2140 s)縮短至層流流態(tài)(11230 s)下的1/5。熱管對單元放熱過程的強化效果隨熱管耦合長度的增加而顯著增加,25 mm、35 mm以及45 mm的耦合長度可分別縮短單元的放熱時間約13.25%、27.04%以及42.44%。采用Therminol/VP-1導(dǎo)熱油時單元總放熱時長(4630 s)小于空氣(7362 s),但采用空氣時熱管的強化效果更加顯著。發(fā)展中流動對單元放熱過程影響較小。此外,本文分析了發(fā)展中流動下多EPCM-HP單元陣列的排布(順排、叉排)對蓄、放熱特性的影響。結(jié)果表明,單元的叉排布置可明顯增加換熱流體與單元間的擾動,強化了熱量傳遞過程,縮短了單元的蓄、放熱時長。在叉排模型中,第二、四排單元的液相分數(shù)、溫度以及蓄、放熱量的變化均呈現(xiàn)交替增減的趨勢。本文結(jié)果可為填充床系統(tǒng)內(nèi)EPCM-HP單元的設(shè)計及應(yīng)用提供參考。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TK172.4;TK11
【圖文】：

■核電■風(fēng)電■太陽能邋水電■火電逡逑圖１－１邋２０１５年我國能源發(fā)電占比邐圖１－２邋２０１３－２０３０年我國主要類型電源裝機逡逑占比統(tǒng)計與預(yù)測逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｐｏｗｅｒ邋ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｒａｔｉｏ邋ｏｆ邋ｏｕｒ邐Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ邋ａｎｄ邋ｆｏｒｅｃａｓｔ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｍａｉｎ邋ｔｙｐｅｓ逡逑ｃｏｕｎｔｒｙ邋ｉｎ邋２０１５邐ｏｆ邋ｐｏｗｅｒ邋ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２０１３－２０３０逡逑太陽能輻射具有間歇性的特點，太陽能輻射受到天氣狀況以及晝夜時間等因逡逑素的影響較大，這就導(dǎo)致以太陽能輻射作為動力來源的光熱發(fā)電系統(tǒng)的電力輸出逡逑會出現(xiàn)大幅波動，也會對整個電網(wǎng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運行帶來影響。通常為了解決這一逡逑難題，在太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)中會加裝技術(shù)上相對成熟、成本較為低廉的蓄熱裝逡逑備，在日照強烈但電力需求較低時，將多余的熱量儲存在蓄熱裝置中，以避免發(fā)逡逑電量超出電網(wǎng)需求；而在能見度較低甚至夜間的時候，利用蓄熱裝置中蓄存的熱逡逑量，補給動力發(fā)電設(shè)備的不足。因此蓄熱器保障了太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)可以向電網(wǎng)逡逑供應(yīng)穩(wěn)定、靈活的電力［１］。逡逑目前

２０１３邋２０１４邋２０１５邋２０１６邋２０１７邋２０１８邋２０１９邋２０２０邋２０２５邋２０３０逡逑■核電■風(fēng)電■太陽能邋水電■火電逡逑圖１－１邋２０１５年我國能源發(fā)電占比邐圖１－２邋２０１３－２０３０年我國主要類型電源裝機逡逑占比統(tǒng)計與預(yù)測逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｐｏｗｅｒ邋ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｒａｔｉｏ邋ｏｆ邋ｏｕｒ邐Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ邋ａｎｄ邋ｆｏｒｅｃａｓｔ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｍａｉｎ邋ｔｙｐｅｓ逡逑ｃｏｕｎｔｒｙ邋ｉｎ邋２０１５邐ｏｆ邋ｐｏｗｅｒ邋ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２０１３－２０３０逡逑太陽能輻射具有間歇性的特點，太陽能輻射受到天氣狀況以及晝夜時間等因逡逑素的影響較大，這就導(dǎo)致以太陽能輻射作為動力來源的光熱發(fā)電系統(tǒng)的電力輸出逡逑會出現(xiàn)大幅波動，也會對整個電網(wǎng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運行帶來影響。通常為了解決這一逡逑難題，在太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)中會加裝技術(shù)上相對成熟、成本較為低廉的蓄熱裝逡逑備，在日照強烈但電力需求較低時，將多余的熱量儲存在蓄熱裝置中，以避免發(fā)逡逑電量超出電網(wǎng)需求；而在能見度較低甚至夜間的時候，利用蓄熱裝置中蓄存的熱逡逑量，補給動力發(fā)電設(shè)備的不足。因此蓄熱器保障了太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)可以向電網(wǎng)逡逑供應(yīng)穩(wěn)定、靈活的電力［１］。逡逑目前

光鏡的焦點處。塔式系統(tǒng)的集熱裝置由兩部分組成：定日鏡和接收塔。定日鏡的逡逑安裝方位角度不同，其目的是可以反射利用不同方位角的太陽能輻射。三種形式逡逑的熱電站系統(tǒng)如圖１－３所示。三種形式的太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)由于自身集熱技術(shù)的逡逑不同，系統(tǒng)可以達到的工作溫度范圍以及對太陽能的集熱效率也有很大差異。表逡逑１－１為三者系統(tǒng)的性能比較。塔式太陽能系統(tǒng)由于較高的能量利用率、較高的聚光逡逑倍率、較小的集熱裝置占比等優(yōu)勢，成為最具商業(yè)價值的發(fā)電方式。本文以塔式逡逑太陽能電站為背景進行后續(xù)研究。逡逑槽式集熱場逡逑NNNN＿邋Ｉ碰蓄熱裝置逡逑邐！汽輪機逡逑ｘ邋ｘ邐ｂ逡逑ＪＵＵＵ邐交換裝Ｓ邋”逡逑＾邋￣冷凝器逡逑５：彡邋Ｘ邋ｉＳ：邋５５邋５：邋｛邋＾邐“邐一Ｉ一廠逡逑Ｉ邋ｉ＿０ｉｒ逡逑十十十十％翻熱裝岅逡逑ａ）槽式系統(tǒng)逡逑３逡逑

【參考文獻】

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