相變蓄熱水箱的設計及其運行特性的實驗研究.pdf

1、相變材料是指在其物態(tài)發(fā)生變化時候所吸收（釋放）大量熱量用于能量儲存的材料，相變儲能是以相變材料為基礎的新興儲能技術。將相變材料制成相變單元放置于水箱中，可提高水箱儲能密度、減小水箱體積和提供穩(wěn)定的能量。在余熱回收、新能源利用和電力調節(jié)等方面的應用具有顯熱蓄熱難以比擬的優(yōu)勢。以實驗作為主要的研究手段，從相變材料的遴選、制備、相變蓄熱水箱的設計到相變蓄熱水箱的運行特性進行了研究。
　　 首先分析了相變蓄熱材料應用于水箱蓄熱的可行性，

2、對比分析同一體積的常規(guī)蓄熱水箱和相變蓄熱水箱之間的蓄熱量差別，并以肉豆蔻/膨脹石墨為例，計算出臨界蓄熱溫差為103.1℃，驗證了相變蓄熱水箱的技術可行性。分析了相變蓄熱水箱的設計要點，設計了幾種水-相變材料一次換熱型和水-相變材料-水二次換熱型相變蓄熱水箱模型，并闡述了各自的運行機理。
　　 其次，綜合考慮相變材料的熱性能、物理性能、化學性能和技術經(jīng)濟性，確定出相變蓄熱水箱所采用的相變材料為肉豆蔻酸，并測試了肉豆蔻酸的熱物性參數(shù)

3、。針對肉豆蔻酸導熱性能較差的特點，首先采用添加石墨粉末對肉豆蔻酸進行強化傳熱，多次熱循環(huán)之后添加石墨粉末出現(xiàn)材料分層，最終確定了制備肉豆蔻酸/膨脹石墨復合相變材料作為強化傳熱的方法，研究了肉豆蔻酸和膨脹石墨的最佳比例，測試了肉豆蔻酸/膨脹石墨復合相變材料的熱物性能，并研究了該材料置于球形單元的蓄放熱特性。
　　 最后，基于一種圓柱體堆積床相變蓄熱水箱，搭建了用于測試相變蓄熱水箱運行特性的實驗平臺，并測試了單個圓柱形不銹鋼相變單元

4、的蓄放熱特性，對圓柱形不銹鋼相變單元的尺寸進行了優(yōu)化研究，確定出應用于相變蓄熱水箱的圓柱形不銹鋼相變蓄熱單元的合適尺寸。在此基礎上，進行了相變蓄熱水箱的多工況實驗研究，主要包括不同蓄熱溫度下的熔化蓄熱實驗、不同數(shù)量相變單元的凝固放熱實驗和水箱內(nèi)不同補水速率下相變單元的凝固放熱速率。分析了不同數(shù)量相變單元的熱水出口溫度的變化情況，建立了一套相變蓄熱水箱運行特性的實驗研究體系。實驗結果表明:相變單元的較優(yōu)尺寸為直徑60mm，相變蓄熱水箱內(nèi)最