固態(tài)電制熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)是一種新興電力系統(tǒng)大容量調(diào)峰技術(shù),研究電熱元件與儲(chǔ)熱體間的傳熱匹配特性和熱控制方法,對(duì)提升電儲(chǔ)熱系統(tǒng)的可靠性和強(qiáng)化傳熱具有重要意義。該文通過建立傳熱速率平衡方程,利用數(shù)值模擬的方法對(duì)電儲(chǔ)熱系統(tǒng)各設(shè)計(jì)參數(shù)與傳熱匹配的交互特性進(jìn)行分析,并利用級(jí)貢獻(xiàn)率、畢渥數(shù)和傅里葉數(shù)等傳熱匹配性能評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)傳熱匹配效果進(jìn)行量化比較。結(jié)果表明,儲(chǔ)熱單元溫度與加熱功率線性正相關(guān),與孔占比和循環(huán)風(fēng)速指數(shù)型負(fù)相關(guān),降低加熱功率、提高孔占比和循環(huán)風(fēng)速能改善儲(chǔ)熱體均熱性,提高孔占比能,增加儲(chǔ)熱深度。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,通過多參數(shù)協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)和前饋補(bǔ)償控制,可以實(shí)現(xiàn)較好的傳熱匹配效果,為固態(tài)電制熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)的優(yōu)化和熱控制提供了方法。 

【文章來源】：電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2020,35(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

固態(tài)電制熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1Structureofsolid-stateelectricheatingthermalstoragesystem，.熱損

2442電工技術(shù)學(xué)報(bào)2020年6月時(shí)長(zhǎng)。當(dāng)Bi≤0.1時(shí)，可以忽略儲(chǔ)熱體內(nèi)阻，認(rèn)為儲(chǔ)熱體內(nèi)各點(diǎn)溫度接近均勻。當(dāng)Fo≥0.24時(shí)，儲(chǔ)熱體溫度場(chǎng)分布僅受邊界條件和物性的影響，與時(shí)間無關(guān)。2數(shù)值模擬模型2.1問題描述本文通過Fluent軟件對(duì)固態(tài)電制熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)進(jìn)行仿真。由于儲(chǔ)熱體內(nèi)電熱元件均勻分布，各電熱元件周圍傳熱特性相同，本文將電熱元件及周圍的空氣和儲(chǔ)熱體視作儲(chǔ)熱單元。由于電熱元件螺距遠(yuǎn)小于風(fēng)道長(zhǎng)度，為簡(jiǎn)化網(wǎng)格，本文將螺旋狀電熱元件假設(shè)為圓管。圖3為儲(chǔ)熱單元結(jié)構(gòu)及網(wǎng)格劃分，表1、表2為儲(chǔ)熱單元的關(guān)鍵參數(shù)。由于本文主要目的為探索固態(tài)電制熱儲(chǔ)熱傳熱匹配設(shè)計(jì)方法，為簡(jiǎn)化分析，對(duì)高溫固態(tài)系統(tǒng)儲(chǔ)熱單元進(jìn)行如下假設(shè)：①風(fēng)道內(nèi)氣體流動(dòng)為非穩(wěn)態(tài)、不可壓縮流動(dòng)；②氣體黏性擴(kuò)散忽略不計(jì)；③材料熱物性參數(shù)恒定，不隨溫度發(fā)生變化。圖3儲(chǔ)熱單元結(jié)構(gòu)及網(wǎng)格劃分Fig.3Thermalstorageunitstructureandmeshgeneration表1儲(chǔ)熱單元關(guān)鍵幾何參數(shù)Tab.1Thermalstorageunitgeometricalparameter孔占比(%)單元截面尺寸/(mm×mm)風(fēng)道截面尺寸/(mm×mm)元件外徑/mm元件內(nèi)徑/mm長(zhǎng)度/mm11240×16080×5415250×160110×5418260×160140×543027100021270×160170×5424280×160200×54表2儲(chǔ)熱單元關(guān)鍵熱物性參數(shù)Tab.2Thermalstorageunitthermophysicalparameter參數(shù)儲(chǔ)熱體電熱元件密度/(kg/m3)29007100比熱容/[J/(kg·K)]960460導(dǎo)熱系數(shù)/[W/(m·K)]313發(fā)射率0.80.7耐受溫度/K—1373儲(chǔ)熱溫度范圍/K[1023,1123]—2.2數(shù)學(xué)模型根據(jù)質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒定理，風(fēng)道內(nèi)流動(dòng)與傳熱過程三維

量；xj在j方向的位移分量；ijp為表面靜壓；ig為流體在i方向的體積作用力；if為作用在流體上的反方向阻力；Si為源項(xiàng)；H為顯焓。2.3初始及邊界條件初始條件：儲(chǔ)熱單元和空氣起始溫度為573K。邊界條件：入口邊界采用速度入口邊界條件，出口采用自由出流邊界條件，儲(chǔ)熱單元四周壁面采用第二類傳熱邊界條件。3模擬結(jié)果與討論3.1加熱功率的影響在儲(chǔ)熱單元孔占比為11%，循環(huán)風(fēng)速為0m/s的條件下，電熱元件與儲(chǔ)熱體溫度在不同加熱功率下的升溫曲線如圖4和圖5所示�？梢钥闯觯S著加熱功率增加，電熱元件溫度和儲(chǔ)熱體溫度值基本呈線性變化趨勢(shì)增長(zhǎng)，其線性函數(shù)斜率分別為248.6K/kW和260.2K/kW，儲(chǔ)熱體溫度變化量更大。圖4不同加熱功率下電熱元件溫度曲線Fig.4Electricheatingwiretemperaturecurveatdifferentelectricheatingpowers

【參考文獻(xiàn)】：
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