由于太陽能具有間歇性和不能穩(wěn)定供應(yīng)的缺陷,不能滿足工業(yè)化大規(guī)模連續(xù)供能的要求,必須開發(fā)低成本傳熱蓄熱介質(zhì),發(fā)展高效蓄熱技術(shù),以有效地解決太陽能的轉(zhuǎn)換、儲存與輸運問題。研究高效能蓄熱傳熱介質(zhì)的設(shè)計制備理論及傳輸機理,不僅關(guān)系到吸熱、蓄熱與換熱效率,而且直接影響系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。本文提出了一種新型熔融鹽高溫斜溫層混合蓄熱系統(tǒng)(200℃),與現(xiàn)有蓄熱系統(tǒng)相比,提高了單位體積的蓄熱容量,簡化了熔融鹽液的注入和出料結(jié)構(gòu)。既可應(yīng)用于生產(chǎn)過程(如化工、冶金、熱動、核工業(yè)等熱能儲存與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域)蓄熱,又可應(yīng)用于再生能源利用領(lǐng)域,具有重要的理論意義和實用價值。 高溫蓄熱過程是一典型的多尺度結(jié)構(gòu)多相多場驅(qū)動的耦合傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象,本文對熔融鹽高溫斜溫層混合蓄熱過程進行了較深入的理論與實驗研究�；诙嗫捉橘|(zhì)局部熱平衡理論,建立了多孔介質(zhì)中熔融鹽單相流體斜溫層蓄熱的局部熱平衡數(shù)值模擬模型,研究了熔融鹽、多孔介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)以及工況參數(shù)對多孔介質(zhì)中熔融鹽傳熱與流動的影響規(guī)律,結(jié)果表明:與熔融鹽單相流體斜溫層(無填充多孔介質(zhì))蓄熱系統(tǒng)相比,多孔介質(zhì)填料能夠減少斜溫層的厚度和改善其形狀;流體進口流速、溫差、長徑比、多孔介質(zhì)填料單位體積熱容量(ρc)s、孔隙率φ等是影響有效蓄熱容量的主要因素,當(dāng)進口速度為0.001m/s級、長徑比為2:1、多孔介質(zhì)單位體積熱容量( ) ( )ρc s ρcpf、孔隙率φ小于0.4有利于降低斜溫層厚度;平均努塞爾數(shù)Nu隨著多孔介質(zhì)單位體積熱容量(ρc)s、流體進口速度、溫差、初始溫度等的增大而增大,隨著時間、環(huán)境溫度、孔隙率φ、顆粒平均當(dāng)量直徑dp等的增大而減少。建立了熔融鹽殼管式相變換熱器的同心套管模型,分析了在自然對流條件下,內(nèi)管流體進口溫度與相變材料的熔點等參數(shù)對液相率與熔化時間的影響。結(jié)果表明:考慮相變區(qū)域自然對流問題時,總的熔化時間顯著減少,液固模糊區(qū)不再是以平行于軸線沿徑向移動,其上端比下端明顯先行熔化,呈錐形狀態(tài)發(fā)展。 針對蓄熱過程建立了熔融鹽傳熱-蓄熱實驗裝置,并開展了熔融鹽單相流體斜溫層蓄熱特性、多孔介質(zhì)中熔融鹽單相流體斜溫層蓄熱特性以及熔融鹽殼管式相變換熱器換熱蓄熱特性的實驗研究,測定了斜溫層蓄熱單罐的軸向溫度分布與相變換熱器殼側(cè)的溫度變化。結(jié)果表明:斜溫層的厚度隨著時間而增加,達(dá)到一定厚度后增加量逐漸趨緩;采用單位體積熱容量大于熔融鹽熱容量的多孔介質(zhì)填料,能夠增加單罐的蓄熱量;可采用熔融鹽相變區(qū)域特殊測點溫度超過相變材料的熔點升至與內(nèi)管流體進口溫度相近時所耗時間作為殼管式相變換熱器完全熔化的判據(jù)。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：TK513
【部分圖文】：

固體顯熱裝置通常采用單位體積比熱容高、成本低與耐高溫的固體材料例如混凝土、鑄造陶瓷等作為蓄熱介質(zhì)，采用空氣、水/水蒸汽、合成油或熔融鹽等作為傳熱介質(zhì)。圖1-5為帶固體顯熱蓄熱裝置的槽式系統(tǒng)示意圖。與美國不同，德國等歐盟國家[16-18]比較重視直接蒸汽發(fā)電（Direct steam generation， DSG）太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究（見圖1-7），蓄熱系統(tǒng)則常采用固體顯熱蓄熱介質(zhì)。德國航天航空研究中心（DLR）的Tamme等[19-20]在研究沙石混凝土和玄武巖混凝土的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)耐高溫混凝土和鑄造陶瓷等固體蓄熱介質(zhì)，耐高溫混凝土的骨料主要為氧化鐵，黏結(jié)劑為水泥；鑄造陶瓷骨料也主要是氧化鐵，黏結(jié)劑包括氧化鋁等，它們具有分布均勻、低孔、與傳熱介質(zhì)換熱管接觸良好、能采用模塊化蓄熱設(shè)計等優(yōu)點。由于其為固體蓄熱介質(zhì)，換熱效率低，圖 1-5 帶固體顯熱蓄熱裝置的槽式系統(tǒng)示意圖Fig.1-5 Trough power systems with solid media thermal energy storage高溫鹽液貯罐汽輪機冷凝器蒸汽發(fā)生器低溫鹽液貯罐塔565℃定日鏡290℃集熱器水/蒸汽 HTF鹽 HTF集熱器固體顯熱蓄熱裝置汽

1]采用金屬管道裹一層石墨與混A）與槽式系統(tǒng)進行了聯(lián)合實驗[22-23]采用鋁酸鹽水泥作為膠凝作為集料，并摻入高導(dǎo)熱系數(shù)的(m·℃)，是Laing等[21]制備的蓄熱道。（斜溫層蓄熱）機結(jié)合了液體良好的熱傳輸性能家實驗室的 James 等[24]為了提高，設(shè)計并測試一個 2.3 MW·，如圖 1-6 所示。雙點劃線框內(nèi)融鹽液蓄熱而與槽式系統(tǒng)整合。高Ⅰ

2CO3(7.2%)Cl(26.8%)(32.4%)/LiCl(32.8%)aCl(5.7%)/NaNO3(85.5%)O3(5.0%)aCl (5.0%)Cl(42.5%)/KCl(20.5%)NO3(10%)Cl(4.5%)r(4.7%)/KCl(7.3%)aCO3/MgO310282318337360283370346287284282385～393290320342500～850ⅠⅠ

【引證文獻(xiàn)】

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1 尹輝斌;丁靜;楊曉西;;聚焦式太陽能熱發(fā)電中的蓄熱技術(shù)及系統(tǒng)[J];熱能動力工程;2013年01期

本文編號：2829616