太陽能相變蓄熱槽的數(shù)值模擬研究.pdf

1、能源問題是世界和中國經(jīng)濟社會發(fā)展面臨的最嚴(yán)重的問題之一，常規(guī)能源的緊缺以及由此帶來的環(huán)境污染問題，直接影響到未來人類社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施進程。近年來國家出臺了一系列鼓勵開發(fā)新能源(如太陽能)和電力“削峰填谷”的政策，這就為蓄能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了廣闊的前景。蓄熱槽作為蓄能系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其研制的重要性不言而喻。開發(fā)研制出一種經(jīng)濟合理、技術(shù)先進的蓄熱槽將帶來顯著的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。 本文的研究基于一種新型的太陽能

2、相變蓄熱系統(tǒng)——它利用太陽能作為主要能源，利用低谷電加熱作為輔助加熱系統(tǒng)，是未來太陽能供熱系統(tǒng)的理想形式。本文重點對系統(tǒng)的核心——相變蓄熱槽進行數(shù)值模擬研究。由于相變傳熱問題包括相的變化與熱傳導(dǎo)兩種物理過程，兩相之間存在一個移動的相界面，在數(shù)學(xué)上是一個強非線性問題，并且還需要與載熱媒體耦合求解，這就更增加了相變傳熱分析的難度。目前的研究基本停留在處理恒定壁面溫度的情況，并且大部分都采用自編程序計算，程序的通用性比較差，不利于系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)

3、計。本文采用現(xiàn)代CFD設(shè)計軟件FLUENT，重點對單個球形蓄熱體以及板式換熱器熱媒體與蓄熱體耦合的情況進行了數(shù)值模擬研究，研究的主要內(nèi)容和成果如下： 1)對適用于太陽能蓄熱系統(tǒng)的相變材料進行了篩選；對相變傳熱的數(shù)值求解的方法進行了分析，提出了FLUENT模擬相變問題的要點。 2)建立了球型相變蓄熱體的物理和數(shù)學(xué)模型，模擬了不同壁面溫度和不同直徑蓄熱體相變材料的凝固和熔化過程(共20種工況)，得到了在第一類邊界條件下蓄冷球

4、凝固過程的溫度場分布，相界面移動規(guī)律，以及凝固時間與壁面溫度和球徑的線性關(guān)系。 3)在不考慮相變區(qū)域自然對流的情況下，對太陽能板式換熱器熱媒體與蓄熱體耦合問題進行了數(shù)值模擬研究模型，并與前人的結(jié)果對比驗證，結(jié)果非常吻合。然后，首次考慮了相變區(qū)域自然對流，模擬得到了熱媒體出口溫度、相變區(qū)域溫度場、相界面等隨時間的變化關(guān)系，并分析了自然對流對凝固過程的影響。 本文采用CFD軟件模擬球型蓄熱體釋放熱過程和相變耦合問題的方法，目