(火积)耗散原理在相变储热过程优化中的应用

为了强化相变储热单元的储热性能,基于(火积)耗散原理,数值分析了相变材料的熔点对储热单元的储热速率、(火积)耗散率及储热品质的影响。结果表明:对于单级相变储热单元,相变材料熔点越低,相变储热过程的传热速率就越高,而对应的(火积)耗散率就越大,储存热量的品质也越低。证明了(火积)耗散原理用于相变储热过程优化的可行性。对于两级相变储热单元的分析结果表明,合理的匹配两级相变材料的熔点,可以实现储热速率高于单一相变材料,且传热过程的不可逆性((火积)耗散率)低于单一相变材料。可见,多级相变材料的合理匹配,可以同时提高储热速率、降低储热过程的不可逆性。     

填充床显热及相变储热特性分析

储热技术是目前制约太阳能热发电等可再生能源大规模应用的主要瓶颈之一。本文开展了气体流过填充床储热/换热器的储热过程数值模拟,并通过实验数据验证了仿真结果。对比分析了以岩石、钢球和相变硝酸盐作为储热材料时的储热量、热分层、相间温差等特征以及储热—释热周期对热效率及(火用)效率的影响。结果表明,填充床储热方式存在最优储热时间以得到最高的储热效率,循环工作时储热填充床能够得到超过96%的热效率和88%的(火用)效率,因而填充床成为解决可再生能源储热问题的储热方式。     

管壳式相变蓄热系统性能实验研究

相变蓄热(LHTES)系统利用相变材料(PCM)的潜热可有效地提高系统的储热能力。通常,PCM的导热系数低,使LHTES系统的应用受到了限制。本文通过向十五烷中添加膨胀石墨提高导热系数,分别采用纯十五烷和含有质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷,在不同水流量下,对管壳式LHTES系统的储热特性进行了实验研究。实验结果发现:当储能介质为质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷时,放冷过程中有效储热系数和相对储热率在Re=4298时出现明显峰值,换热效率与储热能力达到相对平衡。并且,当Re=4298,采用含有质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷与纯十五烷相比,系统的有效储热系数可最高提升336.84%。     

金属基复合高温相变储热材料制备与性能研究

本文以二元共晶碳酸盐(Li_2CO_3-K_2CO_3)为高温相变储热材料,泡沫金属铜为骨架基体,制备了具有高导热性能、高储热密度的金属基复合高温相变储热材料。对复合材料制备过程中泡沫金属的填埋方式等制备条件进行了优选,对相变材料的储热密度及导热系数进行了计算和测试,分析了泡沫铜孔密度、孔隙率等参数对材料性能的影响规律。结果表明:40 PPI泡沫金属在相变材料中的最佳填埋方式为中埋法,35 PPI泡沫金属的最佳填埋方式为底埋法。使用孔隙率在95%左右的泡沫铜,可使相变材料导热系数提高3~4倍,同时保证了复合相变材料具有较高的储热密度。     

热管式相变储热装置的工况切换与效率研究

提出一种热管式的相变储热装置,采用集总参数法,深入考虑热管内部的汽-液耦合特征、储放热工况切换过程中的流动与传热特征,在Simulink环境中搭建了热管式相变储热装置的动态模型。定义了装置的无量纲温差,研究了其对装置储-放热工况切换速率的影响;揭示了影响装置的储热效率、放热效率的关键因素及规律。结果表明,工况切换时的无量纲温差越大,装置的响应速率越慢;在热管工作极限之内,合理地分配各管段的热阻,可以有效地提高装置的储热效率和放热效率。     

高温井下测井仪分布式储热系统仿真

测井仪用于勘探深层地底下的油气资源,面临着200℃的高温环境。其内部的电子器件无法承受高温,需对其进行热管理。针对多热源测井仪,有学者提出了分布式储热系统并进行了实验探讨。但受限于实验条件,仅讨论了其中一种情况,不同井下温度,不同相变材料种类对该系统热管理效果的影响尚未探究。为解决这个问题,我们对测井仪分布式储热系统进行了仿真计算。结果表明,测井仪器在200℃下作业6 h后,相变材料的潜热利用率为96.7%,电路板的最高温度为146.5℃,可满足测井需求;环境漏热量随环境温度的升高而增长,但对电路板温升影响不大,仅为环境温升幅度的36%;对比了4种相变材料的热管理效果,发现伍德合金蓄热能力最强,控温效果最好。     

高温相变储能换热器中传热模型的研究

1前言利用相变材料在发生相变时有很高的潜热释放或吸收的特点，将相变材料作为储热介质用于相变储能换热器中，可以大大地提高热储存的容量。本文研究的这种壳管式相变储能换热器壳内布置换热管，管壳之间填充高温储热材料，管内通以空气作为热交换流体提取储存在相变材料中的热量。定义输出功率为单位时间内热交换流体所提取到的热量，那么输出功率就成为评价这类换热器换热性能的指标。2理论模型的建立下面几点，概括了求解本文相变储能装置中传热问题的特点：a．相变储能换热器的壳侧填充的AI-Si合金属高温相变储能材料，实验始末其温…     

水合盐储热材料的成核作用

本文对水合盐用作相变储热材料的成核原理进行了研究，当成核剂与水合盐的晶格参数相差在１５％以内时，能很好地起成核作用。     

金属相变储热材料的量热研究

一、引言 当进行中高温热能储存时,可采用金属作相变储存热能材料。潜热、比热等热物性参数,是评价和筛选金属相变储热材料的主要技术指标之一。优先考虑使用的金属相变储热材料是铝及其合金。然而,即使是纯铝,在文献[1][2][3][4]报道中,其比热和潜热值也有很大的差异。纯铝的固态比热c_p从0.92到1.29kJ/kg.K;潜热△H_f从342到405kJ/kg。用DSC法(Differential Scanning Colorimetery)和差热分析法对某些金属     

纳米组装相变储热材料的热设计前沿

本文简单回顾了固液相变储热材料发展历程,重点针对纳米多孔定形相变材料,从材料层面的研发设计,到热物理层面的微观限域空间负载、结晶、导热机理,乃至围绕异相/异质匹配提出的显著提升相变蓄传热性能的强化手段进行了总结.同时,指出了目前受制于单一尺度孔径无法兼顾储释热的密度和速率的现状,并探讨在此基础上借助新型多级尺度孔径的骨架材料以突破瓶颈的可能.最后,系统梳理了与之伴随的一系列亟待解决的科学问题、机遇和挑战.     

蒸汽驱动的CaCl2吸收式热泵储热系统热力学性能研究

储热技术是实现燃煤热电联产机组深度调峰的有效措施之一。本文提出了一种采用CaCl₂-H₂O工质对的吸收式热泵储热系统,CaCl₂-H₂O溶液作为储热介质,利用浓度差、大比重及吸收式热泵原理,可显著提高储热密度。使用Aspen Plus对系统进行仿真,在设计工况下,系统的储热比为0.446,储热密度在30.34 k W·h/m³左右,在变工况时,驱动温度升高(208～298?C),储热比降低(0.461～0.429),储热密度在30 k W·h/m³左右;蒸发器出口温度升高(32～50?C),储热比降低(0.485～0.397),储热密度降低(32.98～26.96 k W·h/m³);冷凝温度升高(86～98?C),储热比升高(0.414～0.513),储热密度升高(28.22～34.71k W·h/m³);预热温度升高(81～93?C),储热比升高(0.414～0.514),储热密度升高(28.20～34.76...     

基于CaO/Ca(OH)_2热化学储热材料的造粒研究

热化学储热技术(TCES)是一种具有储热密度高、跨季节储热等优点的新型储热技术,其中CaO/Ca(OH)_2由于廉价易得的特点,具有广阔的应用前景。但是,CaO/Ca(OH)_2颗粒易破碎和粒径不均的问题阻碍了其在流化床及移动床热化学储热系统中的推广。本文采用重质焦油作为黏合剂,煅烧制备了一种机械性能和传热性能增强的复合材料.研究表明,最佳的重质焦油添加质量分数和最佳的造粒压力分别为15%和0.1 MPa。分析测试表明,高温条件下,重质焦油热解形成的薄膜网状碳结构能对CaO形成有效包覆,该复合材料适用于流化床及移动床热化学储热系统。     

地下跨季节复合储热系统热扩散机理研究

本文将地埋管储热和水箱储热相耦合,组合成了新型地下跨季节复合储热系统,结合实验研究和数值计算的方法开展了热扩散机理与储/释热特性的研究。结果表明,储热阶段,地埋管储热起到"热屏"作用,抑制了水箱储热模式的热量向外围扩散;释热阶段,水箱储热有效回收了地埋管储热释放到土壤中的热量,增大了释热量。并结合热储存率和利用率定量分析了热量扩散程度,复合储热模式的热储存率和利用率均高于传统水箱储热模式和地埋管储热模式,热量得到了更高效的储存和再利用,其中复合储热模式效率为67.29%,水箱储热模式和地埋管储热模式分别为36.6%和26.79%。在一个周期结束后,复合储热体温度分布更加均匀,且储热体整体温位水平较高。     

井下恶劣环境冲击波发生器热管理的实验研究

页岩油开采系统面临井下恶劣环境,为了保证设备的长期稳定性,本文提出了一种外部热防护配合内部储热的井下冲击波发生器热管理系统。构建石蜡与泡沫铜的复合相变材料储热装置,并对多种热防护措施进行评估。结果表明,在100℃井下热环境中,外环境对于系统内部电子元件的影响较大;在仅使用空气作为隔热层的情况下,热辐射占比大于30%,而使用酚醛树脂可以有效提升热防护层的等效热阻;然而随着外部环境温度的提升,热防护层的效果逐渐降低。采用热防护结合内部相变储热的热管理方法,可将电子元件持续工作1.5 h时的节点温度控制在90℃以下。     

CaO/Ca(OH)_2储热系统试验及CO_2失效研究

CaO/Ca(OH)_2是一种最有可能实现跨季度、远距离储热的化学蓄热方法.本文分别准备了球磨掺杂Li后的Ca(OH)_2以及纯Ca(OH)_2储热物料,然后通过搭建固定床试验台对Ca(OH)_2储放热过程进行了研究,发现储热速度随壁面温度的提高而加快,另外掺杂Li会大幅提高储热效率;放热速度随放热温度提高而降低,随反应水蒸气压力增加而加快.本文还进行了模拟空气环境下储热系统受到CO_2影响的失效试验,结果表明,暴露空气下储热材料的循环性能会受到CO_2的影响而出现大幅下降,掺杂Li并不会改变这种影响结果,所以需要在今后的应用中设计避免储热过程受到持续性或长时间的CO_2影响。     

熔融盐单罐储热系统释热传热规律研究

熔融盐单罐储热相对于双罐储热可以节省储热成本,为了得到单罐储热系统内熔融盐释热传热规律,本文将螺旋盘管换热器布置在圆柱形隔板与罐壁形成的环形通道内,实验分析圆柱形隔板调整流场前后单罐储热系统性能。实验结果表明,圆柱形隔板起到了罐内熔盐流场的调节作用,进而提高了螺旋盘管内释热介质出口温度、换热器换热量以及换热器的瞬时效率,缩短了取热时间。这些研究结果为熔盐单罐储热系统设计提供理论依据。     

利用相变储热提升电力系统可再生能源消纳

由于波动性和间歇性,可再生能源的大规模引入对电力系统灵活性提出了更高要求。然而目前以"以热定电"模式运行的热电联产厂在供热期的调节能力低,限制了电力系统灵活性,导致可再生能源消纳困难。本文针对一个含有风电厂的电-热综合能源系统,研究了一种应用相变储热装置提升热电联产系统灵活性的方法。基于(?)耗散热阻理论,将其热力子系统构建为热阻网络模型,进而将电-热综合能源系统构建为整体能量流模型,并依此对系统的调度策略进行了优化。结果显示:引入储热装置实现了用户热负荷与热电厂热出力的解耦,提高了系统灵活性;当热电联产机组的热电比保持恒定时,储热装置在日间(风电资源缺乏)时储热、在夜间(风电资源丰富)时放热,可使系统风电消纳达到最大。     

多孔介质中熔融盐流体高温斜温层蓄热的热特性

对熔融盐高温斜温层蓄热过程进行了较深入的理论与实验研究.基于多孔介质局部热平衡理论,建立了多孔介质中熔融盐流体斜温层蓄热的局部热平衡数值模型,研究了熔融盐、多孔介质孔隙结构参数对多孔介质中熔融盐流体传热与流动的影响规律,并在熔融盐传热-蓄热实验平台上进行了试验研究.结果表明:与熔融盐单相流体斜温层(无填充多孔介质)蓄热系统相比,多孔介质填料能够减少斜温层的厚度和改善其形状,采用单位体积热容量(pc)s大于(pc)f,孔隙率(?)小于0.4有利于降低斜温层厚度及其移动速度.揭示了多孔介质中熔融盐流体斜温层蓄热系统的蓄热特性,为熔融盐高温斜温层蓄热的设计和运行控制提供依据.     

相变储热/辐射器式热沉传热特性数值模拟

本文采用焓法建立了具有传导与对流换热耦合边界相变储热装置的三维数学模型,利用整场求解法对控制方程进行了计算。计算过程中考虑了相交材料液相自然对流和空穴的影响,与实验结果进行了对比,验证了模型和程序的可靠性,并对影响相变储热器性能的因素进行了分析.     

快速热响应复合材料的储/放热性能分析

以膨胀石墨为无机支撑材料、石蜡为有机相变材料,制备出高导热系数和储热密度的快速热响应复合材料,并构建传热性能测试系统对该复合材料的储/放热性能进行研究分析。研究结果表明,复合材料不仅能在熔融状态下保持形状稳定,而且显著提高了在储/放热过程的传热性能,从而有效地解决了传统相变材料高储热密度和低导热系数之间的矛盾。