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《天津大学》 2017年
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双螺旋盘管相变蓄热器的实验与数值模拟研究

孟锋  
【摘要】:太阳能是可再生能源中可利用储量最丰富的能源之一,但是太阳能自身的分散性和间歇性是制约其广泛应用的主要因素;利用蓄热技术以改善可再生能源的不稳定性和波动性,是实现太阳能可靠高效利用的关键技术之一。同时,蓄热不仅可以将太阳能、工业余热、移动式热源废热等中低品位能量可控地存储与释放,还可以通过主动调控实现热功转换系统稳定地输出。因此,高效稳定的蓄热技术研究是当前可再生能源利用研究的重点。而其中相变材料改性和蓄热器结构优化又是蓄热技术需要综合考虑的技术难点。本文主要工作是针对太阳能能流变化特点和蓄热温区范围,选取了蓄热密度较大、稳定性较好的赤藻糖醇作为储热介质,并设计了该介质的双螺旋盘管相变蓄热器。首先通过计算和数值模拟的方法对比分析了螺旋盘管的管径、弯曲半径和流体流速对流动压降及对流换热特性的影响,模拟发现:螺旋盘管的管径增加,换热系数会增加,压降减小;螺旋盘管的弯曲半径减小,压降会增加;流体流速对换热系数和压降影响更大。然后建立了带可视化视窗的太阳能中低温相变蓄热实验台,研究了赤藻糖醇双螺旋盘管蓄热器的蓄热特性,获得了相变蓄热材料在双螺旋盘管相变蓄热器内的温度变化和熔化规律,并分析了进口流量对蓄热性能的影响,实验结果表明:蓄热材料熔化过程用时450 min,相变材料熔化过程均匀,熔化率为95%;布置在相变蓄热器上端靠近管壁的温度测点温度上升最快;靠近箱体底部的蓄热材料温度升高比较慢;改变进口流量对于蓄热器的进、出口温度影响不大,对于蓄热速率基本上没有影响;提高导热油的入口温度,会明显的加快蓄热材料的熔化速度。并用数值分析方法模拟了双螺旋盘管蓄热器蓄热过程的温度变化和熔化特性,及进口温度的影响,并进行了对比分析。最后以一个太阳能蓄热热水系统为案例,对比分析了有、无蓄热的太阳能热水系统的热经济性。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TK513.5

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