高效相变储能换热系统的实验研究和数值模拟

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随着近年来全球对能源的关注,储能技术也日益得到人们的重视,而相变储能以其储能密度高、易于控制温度、储能装置小等一系列优点,越来越受到人们的关注。相变储能技术已经广泛应用在废热/余热的利用、用电低谷时的电能和冷量的储存等领域,它可以大幅度地节能,可以产生巨大的经济效益,因此研究相变储能技术的意义非常重大。 本文首先在现有实验条件的基础上,采用温变曲线法,研究了一系列相变材料的熔点、凝固点和重复性能,并结合各种材料的价格因素,确定了石蜡作为最佳的储能材料。 其次建立了石蜡相变蓄热系统的物理模型,在考虑了自然对流的情况下,运用Fluent6.2软件模拟了一个固-液相变的二维、非稳态的相变过程。通过模拟分别比较了70℃、75℃和80℃的加热温度下温度场、流场和相界面的变化情况,结果表明80℃时整个熔化过程历时最短,温度场、流场和相界面变化情况最明显,75℃次之,70℃最慢。 最后搭建了圆环型简体内石蜡发生相变的实验平台,通过Agillent数据采集仪,记录不同加热温度下,不同时刻箱体内石蜡的温度数据,与此同时也对之进行了模拟分析。实验与模拟结果基本吻合,二者同时表明:石蜡的熔化遵循了一定的规律,在开始加热阶段通过热传导传热,之后逐渐出现了自然对流,自然对流强化了传热并占据主导地位,随着石蜡温度的升高,温差越来越小,石蜡的熔化也越来越慢。但是在不同的加热温度下,传热温差越大,石蜡的熔化速率越快,整个过程的熔化时间越短。
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