移動(dòng)式相變蓄熱裝置蓄放熱特性實(shí)驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算研究.pdf

1、我國(guó)工業(yè)部門在生產(chǎn)、制造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的余熱、廢熱資源，如果不加以合理回收利用就會(huì)造成能量的巨大浪費(fèi)，加重能源供求緊張關(guān)系;與此同時(shí)，在我國(guó)北方城鎮(zhèn)仍然存在大量建筑面積靠自備采暖效率并不高的小型燃煤鍋爐來(lái)供暖，這不僅會(huì)造成能量利用率低，而且也會(huì)加重環(huán)境污染，因此尋求合理的方法解決上述兩個(gè)矛盾迫在眉睫。移動(dòng)式蓄熱技術(shù)能將工業(yè)余熱、廢熱收集并儲(chǔ)存在自身蓄熱材料中，經(jīng)卡車輸送到附近熱用戶處，為熱用戶提供熱水或采暖，從而實(shí)現(xiàn)將熱量供求雙方在時(shí)

2、間、地點(diǎn)和強(qiáng)度方面重新匹配，是解決上述熱量供求矛盾問(wèn)題理想方法。移動(dòng)式相變蓄熱裝置由于具有蓄熱密度大、熱負(fù)荷穩(wěn)定、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)成為移動(dòng)式蓄熱技術(shù)發(fā)展方向，但移動(dòng)式相變蓄熱裝置由于自身相變蓄熱材料導(dǎo)熱系數(shù)低的原因蓄放熱效率往往不高，為此本文利用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬的方法從相變蓄熱裝置蓄放熱性能、高效相變蓄熱材料的選取以及蓄熱單元蓄放熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面進(jìn)行研究，力爭(zhēng)為高效移動(dòng)式相變蓄熱裝置的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
　　工業(yè)部門產(chǎn)生的余熱、廢熱資源溫

3、度和余熱量不同時(shí)刻可能會(huì)發(fā)生變化，因此探究工業(yè)余熱資源變工況時(shí)熱源溫度與余熱量對(duì)移動(dòng)式相變蓄熱裝置回收利用余熱資源過(guò)程中蓄放熱過(guò)程的影響具有重要意義。本文采用Rubitherm＃60石蠟類相變蓄熱材料為蓄熱介質(zhì)，搭建了通過(guò)改變循環(huán)水溫度、流量來(lái)研究余熱、廢熱資源熱源溫度與余熱量變工況時(shí)對(duì)移動(dòng)式相變蓄熱裝置蓄放熱性能影響的小型實(shí)驗(yàn)臺(tái)。研究發(fā)現(xiàn)相變蓄熱材料蓄熱熔化過(guò)程與放熱凝固過(guò)程都存在三個(gè)階段，即固態(tài)顯熱、潛熱以及液態(tài)顯熱蓄熱階段，其中顯

4、熱蓄放熱階段溫度變化大、上升速率快，換熱方式以導(dǎo)熱為主;潛熱蓄放熱階段溫度變化較小，換熱方式對(duì)流為主、導(dǎo)熱為輔。潛熱蓄放熱階段會(huì)存在自然對(duì)流現(xiàn)象，它會(huì)促進(jìn)蓄熱材料的蓄熱熔化過(guò)程及阻礙放熱凝固過(guò)程，因此值得重點(diǎn)研究。此外，利用無(wú)量綱數(shù)表征蓄熱裝置蓄放熱進(jìn)行程度，蓄放熱量及其變化量的大小可以通過(guò)柱狀圖得到。
　　其次，本文以實(shí)驗(yàn)采用的增設(shè)橫肋的開(kāi)孔翅片為研究對(duì)象，利用ICEM CFD軟件對(duì)蓄熱單元進(jìn)行幾何建模、結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格劃分，并

5、完成了網(wǎng)格獨(dú)立性與可靠性驗(yàn)證。研究了綜合性能最佳的相變蓄熱材料選取，針對(duì)回收利用工業(yè)300℃的中低溫余熱、廢熱資源從而為熱用戶供應(yīng)85℃的熱水情況，對(duì)選取的10種常見(jiàn)的相變蓄熱材料進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，對(duì)比分析了該10種蓄熱材料蓄放熱量、蓄放熱速率以及速度矢量圖。綜合考慮，＃5(56％LiNO3-44％NaNO3)相變蓄熱材料由于具有較大的蓄放熱量和較高的蓄放熱速率，可以認(rèn)為本文特定工況下研究的所有蓄熱材料中性能最優(yōu)的相變蓄熱材料。
　

6、　最后，通過(guò)數(shù)值模擬方法研究了蓄熱單元換熱結(jié)構(gòu)強(qiáng)化換熱優(yōu)化方案，包括翅片開(kāi)孔尺寸、橫肋截面尺寸、翅片間距以及翅片厚度。研究表明，翅片開(kāi)孔和橫肋強(qiáng)化換熱性能的原理不同，前者為打斷和重新生成熱邊界層;后者為增強(qiáng)蓄熱熔化過(guò)程和阻礙放熱凝固過(guò)程中自然對(duì)流的擾動(dòng)作用;翅片間距和翅片厚度則是通過(guò)改變蓄熱單元平均傳熱熱阻來(lái)改變蓄放熱性能，減小翅片間距以及增大翅片厚度對(duì)蓄熱單元蓄放熱性具有非常顯著的效果，改善效果要明顯優(yōu)于翅片開(kāi)孔以及增設(shè)橫肋，但要考慮