中低溫相變材料的儲熱結構分析與數(shù)值模擬.pdf

1、隨著工業(yè)的快速發(fā)展，太陽能、工業(yè)廢熱和地熱等能源的熱存儲及充分利用變得越來越重要，對儲熱技術的研究也越來越引起重視。在各種儲熱技術中，相變儲能因單位體積儲熱量大，儲熱和放熱過程溫度基本恒定等優(yōu)點而成為目前研究的熱點。儲熱材料(PCM)和蓄熱裝置結構是蓄熱技術研究的主要內(nèi)容，但除金屬外的相變材料，導熱性能一般都比較差，使得相變材料熔化和凝固過程中儲存和釋放熱量的速度較慢，限制了相變儲熱技術的發(fā)展，因而需采取有效的強化傳熱措施來提高相變蓄熱

2、結構的換熱系數(shù)。實際可采用的方法是在相變蓄熱結構中換熱系數(shù)較低側(cè)添加肋片。本文采用中低溫相變蓄熱材料的常用相變材料Ba(OH)_2·8H_2O、石蠟、低熔點合金SnZn為相變材料，以環(huán)肋管為傳熱強化結構研究蓄熱結構的強化傳熱效果。
　　本文建立了Ba(OH)2·8H2O肋片強化圓柱狀管殼式蓄熱單元數(shù)學模型，采用FLUENT軟件對該蓄熱裝置的蓄熱/放熱過程進行數(shù)值模擬研究，模擬換熱過程時蓄熱裝置內(nèi)溫度場分布、相界面移動規(guī)律、不同監(jiān)測

3、點溫度變化和PCM蓄熱/放熱量等，分析了肋片高度和肋片間距等因素對中溫蓄熱裝置的蓄熱/放熱特性的影響，對比光滑表面圓管儲熱單元PCM相變過程，得出Ba(OH)_2·8H_2O圓柱狀蓄熱裝置最佳設計參數(shù)，最終確定采用換熱管徑為16mm，PCM封裝直徑為80mm肋片蓄熱單元結構。該蓄熱單元蓄熱時間比同體積下無肋片換熱管蓄熱單元縮短13％。經(jīng)數(shù)值計算得Ba(OH)_2·8H_2O總蓄熱量為2.34×10~5kJ，為中溫蓄熱裝置在能源熱利用等領

4、域的應用提供參考依據(jù)。
　　針對石蠟PCM側(cè)添加肋片強化整體結構與低熔點合金SnZn流體側(cè)低肋強化整體結構，本文分別建立了單管的數(shù)學模型，分析了換熱管間距、肋片高度與肋片間距對單管內(nèi)相變材料換熱特性的影響，得到最佳肋片高度與肋片間距。采用換熱管徑為16mm，建立了PCM整體蓄熱裝置的二維數(shù)學模型，模擬了相變儲熱材料在蓄熱裝置內(nèi)溫度場分布、相界面移動規(guī)律、不同監(jiān)測點溫度變化和PCM蓄熱量等。通過模擬最終確定石蠟肋片管換熱結構換熱管間