微膠囊相變蓄熱流體傳熱特性研究.pdf

1、隨著我國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組發(fā)展容量越來越大，以及風(fēng)能等可再生能源比例的不斷增大，風(fēng)與熱的沖突在北方地區(qū)尤為嚴(yán)重。熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰的需求也越來越大，本文以微膠囊相變流體作為研究對(duì)象，主要針對(duì)微膠囊相變流體的物性以及其傳熱及流動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究，同時(shí)也研究了微膠囊相變流體應(yīng)用于熱電聯(lián)產(chǎn)儲(chǔ)熱系統(tǒng)對(duì)機(jī)組調(diào)峰能力的影響。
　　首先本文從物理模型角度分析了微膠囊相變流體相比與傳統(tǒng)單相流體的物性計(jì)算方法，得出了計(jì)算微膠囊相變流體密度、導(dǎo)熱

2、系數(shù)、粘度以及比熱等關(guān)鍵物性參數(shù)的計(jì)算關(guān)聯(lián)式。同時(shí)從管內(nèi)流動(dòng)能量方程角度，定性的分析了微膠囊相變流體強(qiáng)化傳熱的影響因素，包括相變潛熱導(dǎo)致流體有效比熱的增加，以及微膠囊顆粒與載流體間的微對(duì)流效應(yīng)。
　　然后對(duì)于微膠囊相變流體部分的數(shù)值模擬分為:微膠囊內(nèi)部融化過程模擬以及微膠囊相變流體管內(nèi)流動(dòng)模擬兩部分進(jìn)行。微膠囊內(nèi)部融化過程采用焓法模型，忽略內(nèi)部自然對(duì)流，求解能量方程。對(duì)于粒徑dp=40μm的微膠囊內(nèi)部融化過程進(jìn)行了詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)內(nèi)

3、部融化速率是逐漸變小的，融化過程前63％的時(shí)間就能夠吸收90％的相變潛熱。同時(shí)研究了微膠囊粒徑以及驅(qū)動(dòng)溫差對(duì)微膠囊融化時(shí)間的影響。研究發(fā)現(xiàn)微米級(jí)的微膠囊內(nèi)部融化過程所需時(shí)間較小dp=10um，40um的微膠囊完全融化所需時(shí)間僅為28.4ms,2.3ms，說明微膠囊與載流體間熱阻較小，證明了等效比熱模型假設(shè)的合理性。
　　微膠囊相變流體管內(nèi)流動(dòng)過程采用等效比熱模型進(jìn)行數(shù)值模擬，分別針對(duì)管內(nèi)低Re的管內(nèi)層流過程以及高Re的管內(nèi)湍流過程

4、的管內(nèi)傳熱性能進(jìn)行研究。層流過程模擬主要針對(duì)0-30％的微膠囊濃度下以及在0.025m/s-0.1m/s流速條件下管內(nèi)流動(dòng)特性及微膠囊融化區(qū)域分析。湍流過程主要針對(duì)Twall=400K，373K兩種邊界條件下的管內(nèi)流體溫升過程及傳熱量分析。
　　最后研究了微膠囊相變流體儲(chǔ)熱系統(tǒng)對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組調(diào)峰能力的提升，研究使用抽汽式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組電熱特性的數(shù)學(xué)模型，采用上文所研究的微膠囊相變流體設(shè)計(jì)儲(chǔ)熱系統(tǒng)。針對(duì)300MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在額定28