定形相變材料制備及蓄熱器換熱影響因素研究.pdf

1、隨著當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類對能源的需求越來越多，但化石能源的不斷枯竭和生活環(huán)境的日益惡化，逐漸成為制約人類文明進(jìn)步的兩大主要問題。開發(fā)利用太陽能等可再生能源、提高能源利用效率成為解決上述問題的必然途徑，而蓄能技術(shù)是使用可再生能源，收集工業(yè)余熱，電網(wǎng)調(diào)峰等能源利用的重要手段。其中，相變蓄能是蓄能技術(shù)中潛熱蓄熱的重要表現(xiàn)形式，本文針對相變材料和多管式相變蓄熱器作了深入研究。
　　本文針對傳統(tǒng)的相變蓄熱材料在發(fā)生相變時(shí)出現(xiàn)液相流動(dòng)

2、、易泄露和導(dǎo)熱能力偏弱的缺陷，通過溶膠凝膠法和真空浸滲法相結(jié)合制備了PEG/SiO2/EG復(fù)合定形相變材料，不僅解決了材料發(fā)生相變時(shí)液相泄露的缺點(diǎn)，還較大的改善了材料的導(dǎo)熱能力，將導(dǎo)熱系數(shù)由0.256 W/(m·k)提高至1.862W/(m·k)，且潛熱值為129J/g，并將此種材料作為本文研究的多管式相變蓄熱器蓄熱介質(zhì)。同時(shí)，本文還選取蓄熱器中的一個(gè)蓄熱單元作為研究對象，分別建立有機(jī)相變材料和定形相變材料的傳熱模型，并通過搭建相變蓄熱

3、器實(shí)驗(yàn)臺和采用他人實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳熱模型驗(yàn)證。利用驗(yàn)證的傳熱模型和FLUENT軟件對蓄熱器換熱影響因素進(jìn)行計(jì)算分析。結(jié)果表明:1.隨著換熱管數(shù)的增加，蓄熱速率逐漸提高，但提高的幅度越來越小，強(qiáng)化換熱效果有限;2.內(nèi)管的材質(zhì)對蓄熱效果影響極小，在選擇內(nèi)管時(shí)應(yīng)主要考慮經(jīng)濟(jì)因素;3.過小的換熱管間距造成嚴(yán)重的“熱短路”現(xiàn)象，但過大的管間距又增大了相變材料熱阻，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理布置換熱管;4.管根數(shù)較多時(shí)，不同管內(nèi)熱介質(zhì)流向交叉優(yōu)于比流向一致時(shí)

4、的蓄熱速率，在一定程度上遏制了管內(nèi)流體溫降。5.提高進(jìn)口流速可以縮短蓄、放熱時(shí)間，但效果并不明顯，一味的增加管內(nèi)流速造成了水泵功率的消耗是不可取的，而熱介質(zhì)入口速度對蓄、放熱速率的影響較大，在使用蓄熱器時(shí)應(yīng)盡量擴(kuò)大管內(nèi)熱介質(zhì)與相變材料的溫差。
　　最后，本文對比了多種強(qiáng)化換熱方式，包括傳統(tǒng)的添加肋片、添加高導(dǎo)熱性能的膨脹石墨和多管式等。當(dāng)以單管式蓄熱單元為幾何模型時(shí)，添加高導(dǎo)熱性能的膨脹石墨工況比添加肋片的工況蓄熱時(shí)間減少了25.