新型相變蓄熱換熱器的設計與傳熱特性分析
發(fā)布時間：2020-12-08 19:10
目前,國內(nèi)外為應對化石能源危機和環(huán)境污染問題,對開發(fā)利用可再生能源的技術進行了深入研究。太陽能作為可再生能源之一,具有資源豐富、分布廣泛、清潔無污染、取之不盡用之不竭等優(yōu)點,是最具潛力的一種新型能源。作為利用太陽能技術之一的光伏發(fā)電技術具有廣闊的應用前景,然而光伏電池溫度過高會導致其發(fā)電效率下降,為了應對這一問題并對其進行熱管理和熱調(diào)節(jié),同時提高太陽能的綜合利用效率,引入相變蓄熱技術,同時也解決了熱能供給與需求之間的矛盾。然而,要實現(xiàn)高效蓄熱離不開蓄熱性能優(yōu)良的相變材料和換熱性能良好的蓄熱裝置。本文借鑒板式換熱器的設計理念,充分考慮了相變材料的熱物理特性,設計了一種新型相變蓄熱換熱器。相變蓄熱單元由上、中、下三層組成,上、下兩層為傳熱流體通道層由兩板片間的墊片形成,中間層為相變材料層,可實現(xiàn)蓄熱、放熱、同時蓄放熱三種需求。無論蓄熱、放熱還是同時蓄放熱,該裝置都可實現(xiàn)相變材料層上層為冷流體,下層為熱流體,可通過相變材料固液密度的不同及液態(tài)相變材料密度隨溫度的變化實現(xiàn)相變材料的自然對流換熱,提高相變材料的相變速率,同時相變材料層設置矩形肋片也會加速相變材料的熔化與凝固,進一步縮短蓄放熱時間...
【文章來源】：華北水利水電大學河南省
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
中國太陽能資源分布
┰聳�、道`庸ひ怠?航天軍事等多個領域[12]。對于將相變材料（PCM）與光伏板集成且利用空氣或水作為循環(huán)介質(zhì)進行集熱的PCM-PV/T系統(tǒng)，與只用空氣或水進行冷卻集熱的混合光伏光熱系統(tǒng)相比，雖然可以利用相變材料儲存一定的熱量增強光伏板散熱，但若要在每個光伏板背面都嵌裝相變材料以保證蓄熱量要求，安裝過于繁瑣且成本高，不如專門的蓄能系統(tǒng)方便。因此，本課題將蓄能系統(tǒng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)分開設置，利用相變蓄熱換熱器將產(chǎn)生的熱能儲存起來，等到需要熱能時，再通過相變材料相變放熱，解決熱能供給與需求之間的矛盾。圖1-2(a)PV/T系統(tǒng)示意圖；(b)PV/T系統(tǒng)原理圖Fig.1-2(a)SchematicdiagramofPV/Tsystem;(b)SchematicdiagramofPV/Tsystem1.1.2研究意義本課題為對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行熱管理，設計了一種新型相變蓄熱換熱器，通過傳熱流體將熱量傳遞給相變蓄熱換熱器中的相變材料儲存起來，等到需要時，再利用傳熱流體吸收相變材料中儲存的熱能，解決了熱能供給與需求之間的矛盾，不但可以提高光伏電池的發(fā)電效率，而且可以有效克服太陽能為間歇能源的弊端，提高太陽能綜合利用效率，從而促進我國可再生能源技術的發(fā)展，也為實現(xiàn)零能耗建筑貢獻一點微薄的力量，具有重要的實際意義。本課題旨在研究相變蓄熱換熱器的結(jié)構設計及傳熱特性，優(yōu)化相變蓄熱換熱器結(jié)構參數(shù)強化傳熱過程，可以為相變蓄熱換熱器的結(jié)構設計及蓄能系統(tǒng)的應用推廣提供重要的參考價值。（a）（b）
華北水利水電大學碩士學位論文18表3-1石蠟（RT50）的熱物性參數(shù)Table3-1ThermophysicalpropertiesofRT50熔化溫度（K）熔化潛熱（kJ/kg）密度（kg/m3）比熱容（J/kg·K）熱導率（W/m·K）動力粘度（kg/m·s）熱膨脹系數(shù)（1/K）318-324168固相液相20000.20.030.00068807603.1.2相變蓄熱換熱器的結(jié)構設計為了強化相變蓄熱換熱器的熱量傳遞，提高換熱器的蓄放熱性能，在綜合考慮各形式蓄熱器結(jié)構設計理念、物理強度及相容性等基礎上，本文相變蓄熱換熱器的設計以板式換熱器為參考，設計了帶肋片的板式相變蓄熱換熱器。相變蓄熱換熱器的結(jié)構示意圖如圖3-1所示。圖3-1(a)相變蓄熱換熱器外觀圖；(b)正剖面圖Fig.3-1(a)AppearancediagramofPCHSE;(b)Positiveprofile圖示相變蓄熱換熱器為板片式結(jié)構，每個蓄熱單元共三層，中間層為相變材料（長400mm，寬300mm，高30mm），上、下兩層分別為冷流體、熱流體流道層（長400mm，寬300mm，高3mm），上中下三層分別由不銹鋼金屬板片隔開，流道由兩板片間（b）（a）
【參考文獻】：
期刊論文
[1]膨潤土持水特性試驗研究及其SEM微觀定性分析[J]. 姜彤,王興翠,張俊然. 華北水利水電大學學報(自然科學版). 2020(01)
[2]基于遺傳算法與ANSYS的結(jié)構優(yōu)化方法研究[J]. 耿賀松,陳博文,李明偉,楊璨. 華北水利水電大學學報(自然科學版). 2019(04)
[3]環(huán)形相變單元的蓄熱裝置設計及運行特性[J]. 侯普民,茅靳豐,劉蓉蓉,陳飛. 制冷學報. 2018(01)
[4]相變蓄熱水箱的設計與運行特性研究[J]. 汪璽,袁艷平,鄧志輝,楊曉嬌,曹曉玲. 太陽能學報. 2014(04)
[5]填充泡沫銅對石蠟相變蓄熱性能的試驗研究[J]. 李達志,崔海亭,劉鳳青,彭培英. 流體機械. 2012(05)
[6]采用肋片強化相變蓄熱器傳熱的模擬分析[J]. 胡凌霄,付海明,劉棟棟,陳軍. 能源技術. 2009(06)
[7]添加物對石蠟相變螺旋盤管蓄熱器蓄熱和放熱性能的影響[J]. 朱恂,廖強,李隆鍵,龔偉. 熱科學與技術. 2005(01)
[8]計算流體力學常用數(shù)值方法簡介[J]. 李志印,熊小輝,吳家鳴. 廣東造船. 2004(03)
[9]高溫相變蓄熱容器的優(yōu)化設計及參數(shù)分析[J]. 崔海亭,袁修干,邢玉明. 太陽能學報. 2003(04)
博士論文
[1]高導熱復合相變材料的制備與動力電池熱管理應用研究[D]. 姜貴文.南昌大學 2017
碩士論文
[1]高性能板狀相變儲能模塊設計及性能研究[D]. 劉孟然.北京石油化工學院 2018
[2]印刷板式換熱器流動與換熱特性數(shù)值模擬研究[D]. 呂思聰.哈爾濱工業(yè)大學 2019
[3]板片式相變儲能換熱器的數(shù)值模擬及其實驗研究[D]. 尹點.中南林業(yè)科技大學 2017
[4]太陽能集熱梯級相變蓄熱裝置傳熱性能研究[D]. 李文豐.北方工業(yè)大學 2017
[5]空調(diào)系統(tǒng)冷凝熱回收相變裝置蓄放熱特性的實驗研究[D]. 袁亞光.西南交通大學 2015
[6]具有相變蓄熱體的蓄熱換熱器研究[D]. 賀鵬.華南理工大學 2013
[7]自然循環(huán)式光伏光熱一體化太陽能平板集熱器結(jié)構設計與數(shù)值分析[D]. 王帥.華南理工大學 2012
[8]整體針翅管式相變蓄熱換熱器性能實驗[D]. 唐剛志.重慶大學 2009
本文編號：2905545
【文章來源】：華北水利水電大學河南省
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
中國太陽能資源分布
┰聳�、道`庸ひ怠?航天軍事等多個領域[12]。對于將相變材料（PCM）與光伏板集成且利用空氣或水作為循環(huán)介質(zhì)進行集熱的PCM-PV/T系統(tǒng)，與只用空氣或水進行冷卻集熱的混合光伏光熱系統(tǒng)相比，雖然可以利用相變材料儲存一定的熱量增強光伏板散熱，但若要在每個光伏板背面都嵌裝相變材料以保證蓄熱量要求，安裝過于繁瑣且成本高，不如專門的蓄能系統(tǒng)方便。因此，本課題將蓄能系統(tǒng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)分開設置，利用相變蓄熱換熱器將產(chǎn)生的熱能儲存起來，等到需要熱能時，再通過相變材料相變放熱，解決熱能供給與需求之間的矛盾。圖1-2(a)PV/T系統(tǒng)示意圖；(b)PV/T系統(tǒng)原理圖Fig.1-2(a)SchematicdiagramofPV/Tsystem;(b)SchematicdiagramofPV/Tsystem1.1.2研究意義本課題為對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行熱管理，設計了一種新型相變蓄熱換熱器，通過傳熱流體將熱量傳遞給相變蓄熱換熱器中的相變材料儲存起來，等到需要時，再利用傳熱流體吸收相變材料中儲存的熱能，解決了熱能供給與需求之間的矛盾，不但可以提高光伏電池的發(fā)電效率，而且可以有效克服太陽能為間歇能源的弊端，提高太陽能綜合利用效率，從而促進我國可再生能源技術的發(fā)展，也為實現(xiàn)零能耗建筑貢獻一點微薄的力量，具有重要的實際意義。本課題旨在研究相變蓄熱換熱器的結(jié)構設計及傳熱特性，優(yōu)化相變蓄熱換熱器結(jié)構參數(shù)強化傳熱過程，可以為相變蓄熱換熱器的結(jié)構設計及蓄能系統(tǒng)的應用推廣提供重要的參考價值。（a）（b）
華北水利水電大學碩士學位論文18表3-1石蠟（RT50）的熱物性參數(shù)Table3-1ThermophysicalpropertiesofRT50熔化溫度（K）熔化潛熱（kJ/kg）密度（kg/m3）比熱容（J/kg·K）熱導率（W/m·K）動力粘度（kg/m·s）熱膨脹系數(shù)（1/K）318-324168固相液相20000.20.030.00068807603.1.2相變蓄熱換熱器的結(jié)構設計為了強化相變蓄熱換熱器的熱量傳遞，提高換熱器的蓄放熱性能，在綜合考慮各形式蓄熱器結(jié)構設計理念、物理強度及相容性等基礎上，本文相變蓄熱換熱器的設計以板式換熱器為參考，設計了帶肋片的板式相變蓄熱換熱器。相變蓄熱換熱器的結(jié)構示意圖如圖3-1所示。圖3-1(a)相變蓄熱換熱器外觀圖；(b)正剖面圖Fig.3-1(a)AppearancediagramofPCHSE;(b)Positiveprofile圖示相變蓄熱換熱器為板片式結(jié)構，每個蓄熱單元共三層，中間層為相變材料（長400mm，寬300mm，高30mm），上、下兩層分別為冷流體、熱流體流道層（長400mm，寬300mm，高3mm），上中下三層分別由不銹鋼金屬板片隔開，流道由兩板片間（b）（a）
【參考文獻】：
期刊論文
[1]膨潤土持水特性試驗研究及其SEM微觀定性分析[J]. 姜彤,王興翠,張俊然. 華北水利水電大學學報(自然科學版). 2020(01)
[2]基于遺傳算法與ANSYS的結(jié)構優(yōu)化方法研究[J]. 耿賀松,陳博文,李明偉,楊璨. 華北水利水電大學學報(自然科學版). 2019(04)
[3]環(huán)形相變單元的蓄熱裝置設計及運行特性[J]. 侯普民,茅靳豐,劉蓉蓉,陳飛. 制冷學報. 2018(01)
[4]相變蓄熱水箱的設計與運行特性研究[J]. 汪璽,袁艷平,鄧志輝,楊曉嬌,曹曉玲. 太陽能學報. 2014(04)
[5]填充泡沫銅對石蠟相變蓄熱性能的試驗研究[J]. 李達志,崔海亭,劉鳳青,彭培英. 流體機械. 2012(05)
[6]采用肋片強化相變蓄熱器傳熱的模擬分析[J]. 胡凌霄,付海明,劉棟棟,陳軍. 能源技術. 2009(06)
[7]添加物對石蠟相變螺旋盤管蓄熱器蓄熱和放熱性能的影響[J]. 朱恂,廖強,李隆鍵,龔偉. 熱科學與技術. 2005(01)
[8]計算流體力學常用數(shù)值方法簡介[J]. 李志印,熊小輝,吳家鳴. 廣東造船. 2004(03)
[9]高溫相變蓄熱容器的優(yōu)化設計及參數(shù)分析[J]. 崔海亭,袁修干,邢玉明. 太陽能學報. 2003(04)
博士論文
[1]高導熱復合相變材料的制備與動力電池熱管理應用研究[D]. 姜貴文.南昌大學 2017
碩士論文
[1]高性能板狀相變儲能模塊設計及性能研究[D]. 劉孟然.北京石油化工學院 2018
[2]印刷板式換熱器流動與換熱特性數(shù)值模擬研究[D]. 呂思聰.哈爾濱工業(yè)大學 2019
[3]板片式相變儲能換熱器的數(shù)值模擬及其實驗研究[D]. 尹點.中南林業(yè)科技大學 2017
[4]太陽能集熱梯級相變蓄熱裝置傳熱性能研究[D]. 李文豐.北方工業(yè)大學 2017
[5]空調(diào)系統(tǒng)冷凝熱回收相變裝置蓄放熱特性的實驗研究[D]. 袁亞光.西南交通大學 2015
[6]具有相變蓄熱體的蓄熱換熱器研究[D]. 賀鵬.華南理工大學 2013
[7]自然循環(huán)式光伏光熱一體化太陽能平板集熱器結(jié)構設計與數(shù)值分析[D]. 王帥.華南理工大學 2012
[8]整體針翅管式相變蓄熱換熱器性能實驗[D]. 唐剛志.重慶大學 2009
本文編號：2905545
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