相变蓄热水箱的性能优化模拟分析

采用COMSOL Multiphysics计算流体动力学软件建立相变蓄热水箱的数值模型,通过实验验证数值计算模型的准确性,并对相变蓄热水箱结构进行优化.分析不同环形金属隔板分层数和隔板厚度对相变蓄热水箱蓄放、热过程的影响.结果表明：在相变层内部设置的环形金属隔板可改善相变蓄热水箱的运行特性;蓄热过程中,环形金属隔板分层数和隔板厚度的增加有利于固态相变材料熔化,潜热利用率得到提升;放热过程中,增设环形金属隔板能使相变材料达到更低的固相比;厚度为5 mm的环形金属隔板对促进相变材料液化、维持水温的作用强于厚度为2,10 mm的环形金属隔板.     

相变蓄热水箱蓄热性能数值模拟研究

在封闭静止的蓄热水箱中添加相变材料可以增加水箱热容量、延长水箱升温时间。分别建立了有、无相变单元蓄热水箱的物理模型,利用有限体积分析法对蓄热水箱加热过程进行数值模拟,探讨了封闭水箱加热过程中相变单元的熔化规律和相变单元对水箱温升的影响规律。研究结果表明相对于纯水蓄热水箱,当蓄热水箱中加入占水箱容积9.05%(体积分数)的相变单元、其平均温升29 K时,蓄热水箱的整体热容量提高了25.58%,加热时间延长了1 100 s;蓄热水箱内只在垂直方向上存在热分层,导致含有相变单元的蓄热水箱较高位置处的相变单元先熔化,降低了较高位置处水的温升速率,使得相变蓄热水箱和纯水蓄热水箱的热分层剧烈程度存在差别;以最大温差值作为判断水箱热分层剧烈程度的依据,不同加热功率下相变蓄热水箱的热分层特征变化规律大致相同,但加热功率越大,热分层现象越剧烈。     

太阳能相变炕影响因素分析及热工性能模拟

本文设计了一种太阳能热水供热与相变蓄热组合的热炕供热系统,为提高蓄热炕的热响应,配置了高导热复合相变材料,利用数值模拟对炕体单元进行三维非稳态瞬态传热模拟。通过控制变量法,对太阳能相变蓄热炕的相变材料导热系数、相变温度、相变潜热等炕体热工特性影响因素进行模拟分析,得出:相变材料导热系数、供水温度、相变潜热对相变炕的热响应时间影响显著,且相变潜热决定放热时长,相变温度、相变温度范围对相变炕的垫面温度有明显影响。最后,以十二水磷酸氢二钠复合相变材料作为炕体的蓄热材料,对炕体进行蓄放热模拟设计,发现垫面温度昼间可达到17.1 ℃,夜间可达到30.3 ℃,可以很好地满足居民的热舒适要求。     

自然对流对套管式相变蓄热器蓄热性能的影响

针对蓄热器内相变材料融化、相变区域自然对流换热过程中蓄热效率不确定问题,以套管式相变蓄热器为基本结构,以添加质量分数为10%膨胀石墨的石蜡作为相变蓄热材料,采用数值模拟的方法研究由重力引起的自然对流对相变蓄热器蓄热性能的影响。结果表明,固液相密度差引起的自然对流对相变蓄热过程有明显的促进作用,数值模拟过程中,考虑与不考虑自然对流时,蓄热器的蓄热时间相差近2倍;不同区域相变材料受自然对流的影响不同,在相变材料融化前期,套管上方由于液相自然对流的影响,融化速率更快。根据蓄热器融化速率和融化状态的特点,通过传热过程理论分析,将融化过程进行分段,可以更加深入地了解蓄热器蓄热过程的机理和规律,为优化蓄热器结构提供理论依据。     

纤维复合相变材料的传热模型及性能分析

建立了纤维复合相变材料相变问题的焓求法求解传热模型,并用来求解复合相变材料在相变过程中流体温度和固－液相变界面随时间和空间的变化,籍此对相变蓄热材料的放热性能进行了模拟分析,为实用的纤维复合相变材料蓄热器的设计提供了依据。     

生活水箱内相变材料封装结构改进及熔化性能研究

针对生活水箱内封装相变材料现有强化换热方法(如添加翅片或膨胀石墨)会导致蓄能密度降低与石墨沉降等问题,提出在不添加外物的基础上,对当前水箱中应用最为广泛的圆柱型封装结构进行优化改进,通过减小其底面/顶面半径比形成侧壁面倾斜的倒圆锥型结构,使得固态相变材料在重力作用下自然沉降时可充分与面积占比较大的侧壁面发生接触熔化,从而实现相变材料熔化性能的提高.为探究倒圆锥型封装相变材料熔化性能,建立相应熔化传热模型,并通过可视化实验进行验证.在该模型的基础上,对倒圆锥型和圆柱型结构封装相变材料的熔化性能进行了对比和分析.结果显示在相同体积(1.74e-04 m3)和高度(0.055 m)下,倒圆锥型结构封装相变材料完全熔化时间为2520 s,与圆柱型结构相比缩短了690 s,熔化性能提高了21.5％.倒圆锥型结构封装相变材料熔化过程中,除接触熔化外液态相变材料的自然对流也对熔化性能有显著影响,且侧壁处形成的Rayleigh-Bernard环流会削弱相变材料接触熔化性能.此外,发现在自然对流与接触熔化共同作用下,正圆锥型结构封装相变材料熔化性能与倒圆锥型结构相比更强,提高了16.7％.在实际应用中可将正圆锥与倒圆锥型封装结构结合使用,在有效利用空间的基础上实现蓄热量和蓄热效率的同时提高.     

蓄热水箱对太阳能喷射制冷的性能影响分析

对对象建筑及太阳能集蓄热系统进行TRNSYS模拟,分别得出房间逐时冷负荷及5,15,25 ℃等3种设计蒸发温度下,不同水箱容积与集热面积比(S)时,系统的发生温度、制冷量及系统性能系数(COP)的变化规律.结果表明:在太原市的夏季气象条件下,对以R141b型制冷剂为工质的小型太阳能喷射制冷系统,当蒸发温度在5~25 ℃时,S值的最佳设计范围为0.015~0.030,且设计蒸发温度越高,S值应越高.     

新型生土材料调湿性能及导热性

使用膨胀石墨、碳纤维与石蜡研制出复合型相变蓄能材料,利用膨胀石墨、碳纤维作为高导热材料与结构支撑材料;通过物性参数遴选、结构参数优化设计方法,搭建高导热性能的复合相变材料蓄热电暖器实验台;研究不同蓄放热运行工况下该装置的蓄放热性能。研究结果显示,与日间主动式放热工况相比,日间被动式放热工况放热速率衰减较慢,被动式放热工况的最低放热速率比主动式放热工况最低放热速率高24. 7%。该装置可以利用主/被动放热方式调节蓄放热速率,满足不同房间的供热需求。在夜间蓄热、日间放热的运行工况下,该相变蓄热电暖器所在房间温度波动较小,具有较好热舒适性。该蓄热电暖器蓄热效率达67%,能充分利用夜间低谷电蓄热,实现降低运行费用的目的。     

空调用相变材料蓄冷凝固过程的数值模拟研究

用FLUENT软件对一种空调用相变材料蓄冷球凝固过程进行了数值模拟研究,得到了凝固过程中蓄冷球内温度场的分布及相界面的移动规律,将计算结果与试验结果进行了对比验证,证明了数值模拟结果的有效性,为进一步优化蓄冷系统提供理论方法及依据.     

散热器供暖相变蓄热材料的性能实验

针对相变蓄热应用于散热器供暖存在的问题,开展以石蜡为相变蓄热基体,以膨胀石墨为强化传热载体的复合相变蓄热材料性能的实验研究.制备石蜡/膨胀石墨复合相变材料时,以相变温度64℃的石蜡为基体,加入膨胀石墨强化传热性能.实验研究表明:质量分数为3.0%的50目膨胀石墨蠕虫可以有效提高材料热导率;在相变蓄热水箱中,加入质量分数为3.0%的50目膨胀石墨蠕虫后,相变材料蓄放热时间缩短了50%;质量分数为3.0%的50目膨胀石墨试样的相变潜热值为203.1 J·g~(-1).     

水蓄冷空调系统蓄冷槽中斜温层厚度的数值计算

介绍了水蓄冷空调系统蓄冷槽中温度场与斜温层厚度的数值求解及影响斜温层厚度的因素。     

太阳能相变蓄热双水箱热泵自控系统性能

针对太阳能热泵系统集热效率和COP不高的问题,提出了3种太阳能双水箱系统设计方案,基于其中一种方案设计了自控系统并搭建了实验台,研究了不同运行工况对系统集热效率和COP的影响.实验结果和理论分析表明:集热效率比COP更能反映系统运行效果.在合适的控制参数下,双水箱联合运行的集热效率与相变水箱单独运行情况基本相同,前者高效集热时间为上午8点到下午4点,后者集热时间集中在中午.与普通水箱单独运行相比,两者的集热效率由0.64增加到0.94以上,COP由2.32增大到5.00以上.     

螺旋管式相变蓄热过程的数值模拟与系统优化

对地源热泵供热系统中,利用低谷电蓄能的相变蓄能装置进行研究,以提高供热系统的经济性．在研究中对相变材料蓄热装置结构进行改进,提高了相变材料蓄热能效．利用相变材料能量守恒原理,确定合理的边界条件,对蓄热工况的传热过程进行了三维数值模拟优化．模拟结果显示,当蓄热初始条件相同时,不同装置结构中相变材料发生相变的程度会不同,出现死区的面积也不同;结合相变材料传热特性和过程,通过改进装置结构,采用螺旋管中间连通直管段的圆柱体蓄热装置,改善了蓄热效果,解决了相变材料熔化过程存在死区的问题,相变材料熔化率由原来的72％提高到93％,蓄热总量有了明显提高．同时还对采用低谷电蓄热、高峰用能放热的经济性进行了分析．结果表明采用相变材料蓄热可充分利用谷电,节约运行成本,具有良好的经济性．     

相变储能材料的相变过程温度模型

基于集总参数法和矩形相变等效比热假设建立了相变材料的相变过程温度模型．该模型与实验结果吻合很好．利用该模型定量研究了环境温度、相变潜热、相变温度范围和换热效率等多种因素对相变行为的影响，初步得出如下结论：环境温度对相变开始时间和持续时间均有明显影响，随着环境温度的升高，该二时间呈指数形式下降；相变材料的潜热对相变开始时间没有影响，对相变持续时间有明显影响，持续时间随潜热线性增加；相变温度范围对相变开始时间也没有影响，而相变持续时间随相变温度范围的增加平缓地增加；相变材料与环境之间的换热效率显著影响相变过程开始和持续的时间，二者随换热效率的提高呈指数形式下降．     

相变材料对砂浆热效应的影响

研究了相变材料状态、掺量对砂浆热效应的影响；系统研究了有机相变材料（某多元醇）嵌入到导热系数较高的二氧化硅纳米层空间内，制备有机-无机纳米复合相变蓄热材料的工艺条件及其效果．结果表明：相变材料直接掺人砂浆中掺量达1％～3％（占砂浆胶凝材料质量分数），具有明显的蓄热降温效应，但在50℃环境下耐久性明显下降；复合相变材料较纯相变材料相变潜热提高1．66倍，50℃环境下耐久性明显提高．     

Numerical Study of Thermal Performance of Phase Change Material Energy Storage Floor in Solar Water Heating System

The conventional solar heating floor system contains a big water tank to store energy in the day time for heating at night,which takes much building space and is very heavy.In order to reduce the water tank velume even to cancel the tank,a novel structure of integrated water pipe floor heating system using shape-stabi-lized phase change materials (SSPCM) for thermal energy storage was developed.A numerical model was devel-oped to analyze the performance of SSPCM floor heating system under the intermittent heating condition,which was verified by our experimental data.The thermal performance of the heating system and the effects of various factors on it were analyzed numerically.The factors including phase transition temperature,heat of fusion,ther-real conductivity of SSPCM and thermal conductivity of the decoration material were analyzed.The results show that tm and kd are the most import influencing factors on the thermal performance of SSPCM floor heating sys-tem,since they determine the heat source temperature and thermal resistance between SSPCM plates and indoor air,respectively.Hm should be large to store enough thermal energy in the day time for nighttimes heating.The effects of KP can be ignored in this system.The SSPCM floor heating system has potential of making use of the daytime solar energy for heating at night efficiently in various climates when its structure is properly designed.     

生活与消防共用贮水池的出水设计

对目前合用水池的出水设计常采用的几种方法进行了分析,其中三种贮水池设计方法,在生活系统与消防系统共用贮水池情况下,对保证消防用水量、生活用水量以及保证水质,防止气蚀是很适用的,值得推荐采用.