設計了一種分季節(jié)蓄能型太陽能熱泵熱水系統(tǒng),集太陽能集熱容器、相變儲能容器、熱管于一體,利用Fluent軟件對蓄能型太陽能集熱器開展了數(shù)值模擬,使用Solidification/Melting和VOF模型模擬癸酸/62#石蠟復合相變材料蓄熱過程,并采用Boussinesq近似法考慮了自然對流的影響.結(jié)果表明,在集熱器內(nèi)只充灌單一相變材料不能滿足不同季節(jié)蓄能型熱泵系統(tǒng)的供熱水需求.由癸酸和62#石蠟組成的復合相變材料在蓄能過程中出現(xiàn)了兩個相變溫度,分別在32.66℃和59.45℃,可以滿足本系統(tǒng)不同季節(jié)的蓄熱需求.蓄熱過程中,由于癸酸和62#石蠟本身密度差以及浮升力的影響,真空管縱向截面出現(xiàn)了溫度分層現(xiàn)象.結(jié)果可為復合相變儲能材料的推廣應用提供可靠的理論依據(jù). 

【文章來源】：南京師范大學學報(工程技術(shù)版). 2020,20(04)

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

夏季工況下橫截面與縱截面溫度場分布

真空管內(nèi)充灌配比為1∶1的癸酸/62#石蠟復合相變材料，并設置向陽面為恒熱流，熱流密度為300 W/m2，熱管邊界設置為耦合邊界，真空管內(nèi)相變材料初始溫度為5℃．真空管z=-785.488 5 mm(最中間的橫截面)以及y=0(最中間的縱截面)上的溫度場分布如圖6所示．由圖6(a)可知，在蓄熱過程的初始階段，時間為4 000 s時，橫截面上等溫線沿著向陽面半圓的弧線方向分布，導熱起主導作用，緊靠壁面處少量的相變材料達到了癸酸的相變溫度，由于只有少量癸酸開始熔化，真空管縱截面溫度均勻．當蓄熱時間達到8 000 s時，真空管內(nèi)大約有1/2區(qū)域溫度已經(jīng)達到癸酸的相變溫度，此時由于浮升力的作用，加速了真空管內(nèi)部相變材料的熔化，使得靠近管壁的相變材料與集熱管內(nèi)部相變材料之間的溫度差變小(如圖6(b)所示)．當蓄熱時間由8 000 s增加至10 000 s時，集熱管內(nèi)溫度繼續(xù)升高，靠近向陽面的區(qū)域已達到62#石蠟的相變溫度，使一部分已經(jīng)熔化的相變材料在浮升力的作用下上浮，從縱截面可以明顯看出真空管上部的溫度高于下部溫度(如圖6(c)所示)．當蓄熱時間為17 000 s時，此時真空管橫截面上相變材料溫度均已高于62#石蠟的相變溫度，開始以液態(tài)顯熱蓄熱(如圖6(d)所示)．縱截面上的溫度分布出現(xiàn)明顯上下兩層．隨著時間的繼續(xù)推移，當時間為24 000 s時，橫截面上等溫線位置不再變化，僅僅溫度不斷地升高(如圖6(e)所示)．而縱截面上出現(xiàn)了與夏季工況相同的上下兩個溫度分層現(xiàn)象．當?shù)?6 000 s時，溫度分層現(xiàn)象更為明顯穩(wěn)定(如圖6(f)所示)．

蓄能型太陽能熱泵熱水系統(tǒng)由蓄能型內(nèi)插熱管式太陽能集熱器、三股流復合換熱器、壓縮機、冷凝器、水箱等組成[21]，如圖1所示，太陽能集熱器由太陽能真空管、熱管換熱器和復合相變材料組成，熱管的蒸發(fā)段以U形管形式布置在太陽能真空管內(nèi)，相變材料填充在熱管蒸發(fā)段與太陽能真空管之間[22]．本系統(tǒng)有冬夏兩種運行模式．夏季不開啟熱泵系統(tǒng)，夜間時復合相變材料在高相變溫度釋熱，熱量從熱管的蒸發(fā)段傳遞到置于三股流復合換熱器內(nèi)的冷凝段，直接加熱水箱中的水至所需溫度．冬季開啟熱泵系統(tǒng)，夜間時復合相變材料在低相變溫度釋熱，熱量通過熱管傳遞給三股流復合換熱器中的熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器管路，通過熱泵循環(huán)，加熱冷凝器側(cè)熱水至所需溫度．

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3237556