相變蓄能水箱的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、太陽(yáng)能分布最廣，蘊(yùn)藏量大，作為一種可再生能源具有廣闊的發(fā)展前景。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是目前應(yīng)用最為廣泛的太陽(yáng)能利用技術(shù)。高效蓄能是充分利用太陽(yáng)能的關(guān)鍵。傳統(tǒng)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)中以水為蓄熱介質(zhì)，蓄能密度較低，只能通過(guò)增大蓄能體積來(lái)滿足較大的熱量需求。利用相變材料的相變潛熱蓄能可以提高蓄能密度，增加單位體積蓄能量，提高太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)性能。本文對(duì)太陽(yáng)能蓄熱水箱中加入相變模塊來(lái)提高太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)釋能性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬，分析了相變材料的在蓄熱水箱

2、中的含量與放置位置對(duì)水箱蓄能/釋能性能的影響，從而為相變蓄能水箱的研究和應(yīng)用設(shè)計(jì)提供參考。
　　本文建立了蓄熱水箱性能研究平臺(tái)，在蓄熱水箱中放入相變蓄能模塊，實(shí)驗(yàn)研究相變蓄能水箱（PCM/水復(fù)合蓄能水箱）連續(xù)釋能過(guò)程條件下的釋能性能。由于石蠟類有機(jī)相變材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，本文選用RT58石蠟作為研究相變材料。對(duì)比分析了普通水箱和相變蓄能水箱在不同流量條件下的釋能性能。
　　(1)研究了不同相變模塊含量對(duì)水箱釋能性能的影響。實(shí)驗(yàn)

3、研究了普通水箱、相變模塊數(shù)N=10和N=20的相變蓄能水箱在不同流量條件下的釋能性能。在5L/min時(shí)，普通水箱相比相變水箱內(nèi)部表現(xiàn)出較好的溫度分層，并且相變模塊數(shù)目越多，釋能過(guò)程中水箱內(nèi)部溫度分層越差，主要由于在水箱上部加入相變模塊后，水箱內(nèi)自由流動(dòng)區(qū)域縮小，進(jìn)口水流對(duì)水箱內(nèi)部的擾動(dòng)作用增大;相變模塊占據(jù)了水箱的部分體積，相變模塊蓄積的熱量不能像水一樣直接釋放出來(lái)，導(dǎo)致相交蓄熱水箱的釋放的熱量及熱水(Tout≥45℃)量比普通水箱較少

4、;隨著釋能流量的增大，相變蓄能水箱的釋能性能和普通水箱差距愈加明顯;當(dāng)流量為10L/min時(shí)，相變模塊數(shù)為N=10和N=20的相變蓄能水箱的有效釋能效率比普通水箱的釋能性能低10.9％和17.0％。釋能過(guò)程結(jié)束之后，相變材料對(duì)冷水具有一定的加熱作用。釋能過(guò)程結(jié)束1小時(shí)內(nèi)，相變模塊數(shù)N=20的蓄熱水箱頂部約17L水溫度上升13.6℃。對(duì)于用戶再次使用熱水，相變模塊的再熱作用可以減少輔助加熱能耗。
　　(2)研究了相變蓄能模塊在水箱內(nèi)

5、不同位置時(shí)對(duì)蓄熱水箱釋能性能的影響。相變模塊在水箱中的位置分為下部、中部和上部，距水箱底部分別為20cm、45cm和70cm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明相變模塊在下部位置時(shí)，釋能過(guò)程中水箱內(nèi)部表現(xiàn)出較好的溫度分層效果;相變模塊在下部位置時(shí)，能夠抑制進(jìn)口水流造成的擾動(dòng)，減少冷熱水混合，從而使得水箱產(chǎn)生的可利用的熱水較多。隨著流量的增大，相變模塊位置對(duì)水箱釋能性能產(chǎn)生的影響增大。當(dāng)流量為5L/min時(shí)，上部、中部和下部相變模塊位置的相變蓄熱水箱的釋能效率

6、分別為81.9％、82.2％和82.9％;當(dāng)流量增大為15L/min時(shí)，上部、中部和下部相變模塊位置的相變蓄熱水箱的釋能效率分別為59.3％、63.7％和70.9％。再熱過(guò)程中相變模塊的位置越低，相變模塊加熱的冷水量越多，但溫升降低。利用FLUENT模擬軟件建立了三維數(shù)值模擬模型并進(jìn)行求解計(jì)算，數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相互吻合，可以采用數(shù)值模型做進(jìn)一步計(jì)算分析。
　　(3)提出利用孔板來(lái)提高相變蓄熱水箱的釋能性能，采用孔板支架的相變