調(diào)合石蠟在相變儲能中的相平衡及傳熱過程研究.pdf

1、能量儲存在能源有效利用中具有十分重要的作用，使用相變儲能材料的固—液相變潛熱進行能量儲存相對于顯熱儲能方式具有一些顯著的優(yōu)點。在相交儲能系統(tǒng)中，相變儲能材料的相平衡及傳熱特點對儲能系統(tǒng)的性能具有重要影響。為適應(yīng)儲能系統(tǒng)對儲能溫度的不同要求，本文提出了使用相變溫度可以調(diào)節(jié)的調(diào)合石蠟作為相變儲能介質(zhì)的儲能技術(shù)。 在對石蠟相平衡和傳熱過程的已有研究進行回顧分析的基礎(chǔ)上，本文提出的調(diào)合石蠟相平衡及傳熱過程研究的創(chuàng)新之處在于：1、將有機混

2、合物相平衡理論及相平衡計算引入到調(diào)合石蠟相變儲能應(yīng)用領(lǐng)域中，對調(diào)合石蠟應(yīng)用于相變儲能時的熔點、濁點、熔程，以及固—液相轉(zhuǎn)變速率等問題進行了理論研究，模型建立及數(shù)值計算。2、對調(diào)合石蠟在蛇形盤管換熱器中的傳熱過程及儲熱量進行了全面的分析和研究，建立了換熱器中傳熱流體、傳熱管壁及調(diào)合石蠟中的傳熱模型、數(shù)值計算模型，并對傳熱過程及換熱器的儲熱量進行了計算分析。3、對調(diào)合石蠟用于相變儲能時的相平衡及在蛇形盤管換熱器中的傳熱過程及相應(yīng)的儲熱量進行

3、了系統(tǒng)的實驗研究。 在調(diào)合石蠟相平衡研究中，從正規(guī)溶液的Scatchard-Hilldebrand方程出發(fā)，建立了調(diào)合石蠟溶液中烷烴活度系數(shù)的計算方程，給出了烷烴參考態(tài)逸度比、相平衡模型參數(shù)的計算方程。使用閃蒸算法，分別編制了調(diào)合石蠟溫度相平衡及組分相平衡計算的計算流程及程序。相平衡計算結(jié)果表明，調(diào)合石蠟的熔點、濁點、熔程等相平衡溫度參數(shù)，以及調(diào)合石蠟的固態(tài)/液態(tài)相交速率、各烷烴的固態(tài)/液態(tài)相變速率等相平衡組分參數(shù)，與烷烴的相平

4、衡參數(shù)、烷烴在調(diào)合石蠟中的濃度、調(diào)合石蠟的相平衡溫度等因素有關(guān)。 對使用調(diào)合石蠟作為儲能介質(zhì)的蛇形盤管換熱器中的傳熱過程及儲熱量進行了理論分析，提出了換熱器中傳熱流體斷面平均溫度沿流程變化的一維傳熱計算模型，管壁溫度沿管長及管徑變化的二維傳熱模型，以及調(diào)合石蠟中傳熱過程的二維焓法模型。給出了調(diào)合石蠟中焓場和溫度場的關(guān)系，換熱器中各傳熱過程的邊界條件和初始條件。使用控制容積法建立了這些傳熱模型的數(shù)值計算方程，使用時間逐時推進及空間

5、逐層推進的計算策略，編制了這些傳熱方程耦合求解的計算流程及計算程序，使用無量綱溫度、無量綱管長、無量綱徑向距離，以及無量綱儲熱量對計算結(jié)果進行整理分析。計算結(jié)果表明，在不同的傳熱流體進口溫度下，傳熱流體溫度沿管長的分布，以及調(diào)合石蠟中溫度沿徑向的分布具有相似性解的特點。傳熱流體的進口溫度、在管內(nèi)的流動狀態(tài)，傳熱管的間距，以及調(diào)合石蠟的熔程等傳熱參數(shù)對換熱器中的傳熱速率、溫度場、調(diào)合石蠟相界面的移動，以及調(diào)合石蠟的儲熱量具有不同程度的影響

6、。 使用冷卻曲線法對調(diào)合石蠟的濁點進行了測量，實驗結(jié)果和溫度相平衡計算結(jié)果的對比表明，本文所采用的相平衡計算模型和計算方法可以對調(diào)合石蠟的相平衡進行準(zhǔn)確計算。在蛇形盤管換熱器中對調(diào)合石蠟相變儲能換熱器的傳熱過程及儲熱量進行了實驗研究。傳熱流體和調(diào)合石蠟溫度場，調(diào)合石蠟相界面移動速度，以及換熱器儲熱量的實驗結(jié)果與模型計算結(jié)果的對比說明，本文使用的調(diào)合石蠟蛇形盤管換熱器中，傳熱過程和儲熱量的計算模型和計算方法可以對換熱器的傳熱過程和