儲熱可以解決熱量在供給側(cè)和需求側(cè)時空不匹配問題,具有很大的研究和應(yīng)用前景。而相變儲熱作為儲熱技術(shù)的一種,儲熱密度高,溫度變化小,有著明顯的優(yōu)勢;但是相變材料導(dǎo)熱系數(shù)普遍較低,限制了相變儲熱技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用,需要尋找合適的強(qiáng)化措施。而自然循環(huán)兩相熱虹吸回路作為一種高效的傳熱器件,無需毛細(xì)芯,結(jié)構(gòu)簡單,且不依靠外界泵功輸入,可以實現(xiàn)對相變儲熱的強(qiáng)化。本文的研究是圍繞自然循環(huán)兩相熱虹吸回路及其與相變儲熱的耦合系統(tǒng)開展的。首先,本文開展了自然循環(huán)兩相熱虹吸回路的實驗研究,搭建了相關(guān)實驗臺,分析了變工況條件下,充注量、冷源溫度、加熱功率和冷熱端高度差對自然循環(huán)兩相熱虹吸回路換熱性能的影響,并同時涉及單相態(tài),兩相態(tài)以及超臨界態(tài)。結(jié)果表明,隨著加熱功率的增加,高度差的降低和冷源溫度的增加,系統(tǒng)熱阻增加,換熱性能變差。選取合適的充注量對換熱性能影響很大,低充注量易導(dǎo)致過熱現(xiàn)象,大充注量易導(dǎo)致過冷現(xiàn)象,過冷和過熱現(xiàn)象均會惡化自然循環(huán)兩相熱虹吸回路的換熱性能。然后,本文開展了自然循環(huán)兩相熱虹吸回路的模擬研究,基于質(zhì)量、動量和能量守恒方程建立了一維數(shù)學(xué)模型,可以模擬單相態(tài),兩相態(tài)以及超臨界態(tài)下的工作性能。模... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：149 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

太陽能熱電站中的儲熱系統(tǒng)[8]

兩相熱虹吸回路耦合相變儲熱的研究4相變儲熱，亦稱潛熱儲熱，是指利用相變材料（PCM,PhaseChangeMaterial）發(fā)生相變時吸收或釋放的熱量來進(jìn)行熱量儲存和釋放的技術(shù)。區(qū)別于顯熱儲熱，潛熱儲熱可以在近乎恒定的溫度下進(jìn)行（圖1.3），其優(yōu)點是有易于實現(xiàn)對溫度的控制，儲熱密度高。但是相變材料存在諸多問題，如導(dǎo)熱系數(shù)普遍較低，過冷，相分離等[29]。因此尋找有效的強(qiáng)化相變儲熱的措施是大規(guī)模推廣相變儲熱技術(shù)的關(guān)鍵。下面將列舉幾種常用的強(qiáng)化相變儲熱的方法。圖1.3PCM的相變特性[30]Figure1.3PhasechangecharacteristicofPCM[30]1.2.1.1相變儲熱強(qiáng)化措施(1)增加換熱面積目前增加換熱面積的方法主要是加裝翅片，而根據(jù)相關(guān)研究，翅片需要安裝在低換熱系數(shù)側(cè)來對換熱性能進(jìn)行更好的強(qiáng)化[23]。因此在相變儲熱系統(tǒng)中，翅片主要在相變材料側(cè)，而非換熱流體側(cè)。Almsater等人[31]通過數(shù)值模擬研究了翅片和熱管相耦合的裝置對相變儲熱的影響。模擬發(fā)現(xiàn)，在儲熱過程開始3小時之后，相比于無翅片的熱管，有翅片的熱管使得儲熱量提高了106%；而相比于無翅片無熱管的裝置，有翅片的熱管使得儲熱量提高了3倍。在釋熱開始3小時之后，相比于無翅片的熱管，有翅片的熱管使得釋熱量提高了76%；而相比于無翅片無熱管的裝置，有翅片的熱管使得釋熱量提高了4倍。結(jié)果表明，翅片和熱管皆為強(qiáng)化相變儲熱的有效措施。Shatikian等人[32]模擬了翅片厚度對儲熱過程中相變材料熔化速率的影響。結(jié)果表明，薄翅片在翅片長度上有著明顯的溫度梯度，而厚翅片在翅片方向上有著相近的溫度。雖然較小的溫度梯度可以保證良好的傳熱性能，但是厚翅片占據(jù)了更多的容積，降低了儲熱容量。因此，選取合適的翅

兩相熱虹吸回路耦合相變儲熱的研究6Farid和Kansawa[39,40]通過實驗和模擬研究了串聯(lián)不同熔點的石蠟對儲熱系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明，相比于采用單一石蠟作為相變材料，多個石蠟的串聯(lián)使得系統(tǒng)的儲釋熱時間降低了10-15%，且3種不同熔點的材料均一同開始發(fā)生相變，傳熱分布均勻，提高了系統(tǒng)的儲釋熱性能。(a)長方體容器(b)圓柱形容器(c)圓柱殼式容器[34]圖1.4不同容器儲熱性能比較(a)Cuboidcontainer(b)Cylindercontainer(c)Cylinder-shellcontainer[34]Figure1.4Comparisonofheatstorageperformanceofdifferentcontainers(5)采用封裝技術(shù)封裝技術(shù)是指將PCM通過某種材料或技術(shù)包覆起來與外界分隔。封裝可以避免換熱流體或環(huán)境對PCM的影響，提高了材料的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性，并且可以強(qiáng)化傳熱。封裝形式主要有兩種，即微觀封裝和宏觀封裝。微觀封裝的封裝直徑通常為1-1000μm[29]。Yu等人[41]分析了利用CaCO3封裝正十八烷材料的熱力學(xué)性能，其封裝直徑為5μm。實驗結(jié)果表明封裝使得正十八烷的導(dǎo)熱系數(shù)提高了8倍多，并且材料的熱穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性均有明顯的增強(qiáng)。宏觀封裝較為常見，封裝體積一般在mL到L的量級[30]。Mehling等人[42]研究了將石蠟-石墨復(fù)合物封裝在尺寸為10cm*30cm的黃銅容器中的相變單元，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]分離式CO2熱管傳熱性能分析[J]. 佟振,李震,趙勇,劉曉華.  制冷學(xué)報. 2016(05)
[2]納米二氧化鈦-赤藻糖醇儲能體系實驗研究[J]. 章學(xué)來,丁錦宏,羅孝學(xué),徐蔚雯.  制冷學(xué)報. 2016(01)
[3]京津冀地區(qū)城市空氣顆粒物中多環(huán)芳烴的污染特征及來源[J]. 王超,張霖琳,刀谞,呂怡兵,滕恩江,李國剛.  中國環(huán)境科學(xué). 2015(01)
[4]兩相熱虹吸循環(huán)蒸發(fā)側(cè)傳熱模型比較[J]. 張朋磊,王寶龍,韓林俊,石文星,李先庭.  化工學(xué)報. 2013(08)
[5]兩相熱虹吸循環(huán)動量模型評價[J]. 張朋磊,石文星,韓林俊,王寶龍,李先庭.  制冷學(xué)報. 2013(02)
[6]壓縮空氣儲能的多級填充床蓄熱實驗研究[J]. 劉佳,楊亮,盛勇,岳雷,王藝斐,王亮,陳海生,譚春青.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2013(06)
[7]納米氧化鋁與赤藻糖醇復(fù)合相變材料的實驗研究[J]. 王為,章學(xué)來,韓中,楊陽.  化學(xué)工程. 2012(10)
[8]壓縮空氣儲能技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 張新敬,陳海生,劉金超,李文,譚春青.  儲能科學(xué)與技術(shù). 2012(01)
[9]壓縮空氣儲能技術(shù)的特點與發(fā)展趨勢[J]. 陳海生.  高科技與產(chǎn)業(yè)化. 2011(06)
[10]我國工業(yè)余熱回收利用技術(shù)綜述[J]. 連紅奎,李艷,束光陽子,顧春偉.  節(jié)能技術(shù). 2011(02)

博士論文
[1]串聯(lián)式多相變儲熱實驗與數(shù)值模擬研究[D]. 王藝斐.中國科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所) 2016
[2]太陽能熱泵潛熱蓄熱供暖系統(tǒng)性能研究[D]. 韓宗偉.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2008



本文編號：3560616