【摘要】：太陽輻射的能量密度大約為1kW/m2,是人類急需開發(fā)的巨大能源。其大幅的有效利用將顯著降低人類對化石能源的依賴,以減少化石能源的利用所帶來的環(huán)境污染,從而改善人類的生存環(huán)境。但是,太陽輻射到地球的能量是間隙性的,因此需要能量的儲(chǔ)存或轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)以滿足用戶的連續(xù)用能要求。對于太陽能熱利用,蓄熱技術(shù)一直是學(xué)術(shù)界的一個(gè)研究方向,熱量儲(chǔ)存的能量密度是制約蓄熱技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵問題,因此探索太陽能蓄熱新方法具有十分重要的實(shí)際意義。本文以一種有機(jī)物作為化學(xué)蓄熱工質(zhì),研究其催化化學(xué)反應(yīng)放熱過程,通過數(shù)值方法探索在反應(yīng)放熱過程中的傳熱傳質(zhì)規(guī)律,以獲得該放熱反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性,供化學(xué)工質(zhì)和催化劑的研究、反應(yīng)器的開發(fā)與設(shè)計(jì)提供參考數(shù)據(jù)。本文利用光化學(xué)反應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能,在用能時(shí)采用催化反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能,以滿足用戶的用熱要求。本文將催化反應(yīng)床設(shè)置為圓柱體,通過對催化反應(yīng)過程的理論分析,建立了催化反應(yīng)過程的動(dòng)力學(xué)模型。該模型屬于流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)傳遞的多物理場耦合求解問題,因此本文采用COMSOL專業(yè)軟件對動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。本文數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,催化區(qū)域增大到某一臨界峰值之后,并不會(huì)影響反應(yīng)放出熱量以及反應(yīng)物濃度的變化。孔隙率越小,催化劑的比表面積越大,反應(yīng)越能夠充分進(jìn)行,但流動(dòng)的阻力系數(shù)增大,對流動(dòng)的阻礙影響越大�？紫堵实脑龃�,增加反應(yīng)物的物質(zhì)的量在催化管段區(qū)域的駐留時(shí)間,促進(jìn)重整反應(yīng)的進(jìn)行,同時(shí)增大孔隙率也會(huì)弱化催化劑區(qū)域的導(dǎo)熱效果,使溫度下降抑制重整反應(yīng),兩者共同因素相互影響進(jìn)而導(dǎo)致使化學(xué)催化放熱反應(yīng)存在峰值。化學(xué)蓄熱反應(yīng)器內(nèi)的流速不能過快,否則化學(xué)反應(yīng)還未反應(yīng)徹底就已經(jīng)流過催化劑區(qū)域,導(dǎo)致反應(yīng)放熱量小,反應(yīng)器催化放熱管段的最高溫度隨著反應(yīng)物入口速度的增加先增大后減小,存在峰值。在反應(yīng)溶液的流量和入口濃度一定的情況下,反應(yīng)床的出口溫度隨反應(yīng)熱的增大而升高,兩者成線性關(guān)系。顯然,反應(yīng)熱過高將會(huì)產(chǎn)生較高的反應(yīng)溫度,不利于安全使用。因此,在研究光化學(xué)工質(zhì)時(shí)在追求高能量密度和高放熱溫度時(shí)應(yīng)綜合考慮。通過熱量平衡計(jì)算可知,在一定的反應(yīng)熱情況下,能量密度與反應(yīng)物的濃度成正比,反應(yīng)出口溫度也隨反應(yīng)物濃度的增大而升高。所以在滿足能量密度要求情況下,反應(yīng)濃度與反應(yīng)熱成反比,在研究光化學(xué)工質(zhì)時(shí)需要協(xié)調(diào)工質(zhì)的溶解特性與反應(yīng)熱。
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK512.3

【參考文獻(xiàn)】

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3 張穎;;吉布斯自由能的多功能性質(zhì)探討[J];大學(xué)化學(xué);2011年02期

4 朱教群;李圓圓;周衛(wèi)兵;林寧;;太陽能熱發(fā)電儲(chǔ)熱材料研究進(jìn)展[J];太陽能;2009年06期

5 Thang Ngoc Cong;;Progress in electrical energy storage system:A critical review[J];Progress in Natural Science;2009年03期

6 繆仁杰;李淑蘭;;太陽能利用現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J];應(yīng)用能源技術(shù);2007年05期

7 李申生;太陽能的特點(diǎn)[J];太陽能;2003年05期

8 張寅平,康艷兵,江億;相變和化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)能在建筑供暖空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J];暖通空調(diào);1999年05期

9 李靖華;白同春;;堿土金屬氫氧化物熱分解反應(yīng)貯存太陽能的研究[J];新鄉(xiāng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1985年01期

10 王劍鋒;;相變儲(chǔ)熱研究進(jìn)展——(1)相變材料特性與儲(chǔ)熱系統(tǒng)優(yōu)化[J];新能源;2000年03期

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本文編號：2679011