設(shè)計(jì)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(chǔ)能容器、熱管于一體,利用Fluent軟件對(duì)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(fù)合相變材料蓄熱過程,并采用Boussinesq近似法考慮了自然對(duì)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(fù)合相變材料在蓄能過程中出現(xiàn)了兩個(gè)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(fù)合相變儲(chǔ)能材料的推廣應(yīng)用提供可靠的理論依據(jù). 

【文章來源】：南京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(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(chǎng)分布

真空管內(nèi)充灌配比為1∶1的癸酸/62#石蠟復(fù)合相變材料，并設(shè)置向陽面為恒熱流，熱流密度為300 W/m2，熱管邊界設(shè)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(chǎng)分布如圖6所示．由圖6(a)可知，在蓄熱過程的初始階段，時(shí)間為4 000 s時(shí)，橫截面上等溫線沿著向陽面半圓的弧線方向分布，導(dǎo)熱起主導(dǎo)作用，緊靠壁面處少量的相變材料達(dá)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(dāng)蓄熱時(shí)間達(dá)到8 000 s時(shí)，真空管內(nèi)大約有1/2區(qū)域溫度已經(jīng)達(dá)到癸酸的相變溫度，此時(shí)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(dāng)蓄熱時(shí)間由8 000 s增加至10 000 s時(shí)，集熱管內(nèi)溫度繼續(xù)升高，靠近向陽面的區(qū)域已達(dá)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(dāng)蓄熱時(shí)間為17 000 s時(shí)，此時(shí)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(shí)間的繼續(xù)推移，當(dāng)時(shí)間為24 000 s時(shí)，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(gè)溫度分層現(xiàn)象．當(dāng)?shù)?6 000 s時(shí)，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(fù)合換熱器、壓縮機(jī)、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(fù)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(yùn)行模式．夏季不開啟熱泵系統(tǒng)，夜間時(shí)復(fù)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(fù)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(shí)復(fù)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(fù)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]玻璃真空集熱管相變儲(chǔ)能單元特性實(shí)驗(yàn)測(cè)試[J]. 賀秀芬,白宇辰,劉洋,王亞雄,段建國(guó).  太陽能學(xué)報(bào). 2020(05)
[2]納米增強(qiáng)型復(fù)合相變材料的傳熱特性[J]. 劉麗輝,莫雅菁,孫小琴,李杰,李傳常,謝寶姍.  儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2020(04)
[3]相變材料耦合太陽能在冬季建筑采暖中的應(yīng)用[J]. 晁岳鵬.  建筑節(jié)能. 2020(04)
[4]石蠟與石蠟/膨脹石墨熔化性能的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 劉正浩,張小松,王昌領(lǐng),張牧星.  化工學(xué)報(bào). 2020(07)
[5]蓄能材料對(duì)內(nèi)插熱管式太陽能熱泵系統(tǒng)冬季性能的影響[J]. 吳薇,夏曼,尹正宇,高旭娜,黃金燕,秦芷萱.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2020(05)
[6]癸酸-棕櫚酸二元復(fù)合相變材料的相變特性研究[J]. 費(fèi)華,顧慶軍,王林雅,方敏,蔣達(dá)華,羅凱.  太陽能學(xué)報(bào). 2020(01)
[7]利用納米石墨強(qiáng)化正癸酸-十四醇復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱性能[J]. 王博,朱孝欽,胡勁,常靜華,陳洋,史杰.  材料導(dǎo)報(bào). 2019(22)
[8]移動(dòng)式相變蓄熱系統(tǒng)數(shù)值模擬與優(yōu)化[J]. 田松峰,劉丹娜,牛騰赟,田鵬.  太陽能學(xué)報(bào). 2019(06)
[9]月桂酸-棕櫚酸/Al2O3復(fù)合定形相變材料的制備與熱性能研究[J]. 孫曉璐,蘇婧,宋肖飛,蔡以兵,張煒棟.  化工新型材料. 2019(06)
[10]石蠟-硬脂酸/石墨復(fù)合相變材料的儲(chǔ)熱性能研究[J]. 于文艷,王慧娟,田瑞.  功能材料. 2019(04)

碩士論文
[1]相變蓄熱型地板輻射采暖系統(tǒng)性能研究[D]. 唐曉磊.天津大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3237556