中温相变微胶囊蓄热特性数值研究

来源 :华北电力大学(保定) | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuligen
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相变微胶囊在蓄热系统中有着广泛的应用,例如在中温太阳能热电厂、余热回收、风电消纳等系统中,都可以应用相变微胶囊来进行蓄热,以更好地利用能源。
  首先,本文针对单个相变材料微胶囊的结构参数和材料对相变换热过程的影响,建立了单个相变材料微胶囊二维模型,采用焓法模型跟踪固液界面的位置,得到融化过程中不同时刻的液相率,分析了粒径、壁厚、囊壁材料和相变材料对微胶囊融化的影响。数值计算结果表明:
  (1)粒径越大,微胶囊所需的融化时间越长,粒径为50μm和粒径为250μm的微胶囊所需融化时间分别为0.036s和2.48s;
  (2)壁厚从1μm到9μm的微胶囊所需融化时间相同,均为0.14s,因此壁厚对微胶囊的融化时间影响不大;
  (3)囊壁材料的导热系数是影响融化时间的主要因素,以赤藓糖醇为相变材料,聚苯乙烯为囊壁材料的微胶囊所需的融化时间最长,其中相变材料的相变潜热与密度的乘积是影响融化时间的主要因素。
  为进一步分析埋管式蓄热装置的相变传热性能,研究蓄热装置内传热管的排列方式、传热管的管心距、不同肋片结构、肋片厚度和肋片间距对相变传热过程的影响,分别建立了两种不同传热管排列方式和五种不同强化传热结构的三维模型进行数值计算。数值计算结果表明:
  (1)传热管为正三角排列的蓄热装置比传热管为正方形排列的蓄热装置的所需融化时间长约6.1%;
  (2)传热管管心距为55mm的模型比管间距为60mm的模型所需融化时间缩短约16.7%;
  (3)强化传热结构为环肋片的蓄热模型所需的融化时间最短,为18s,比光滑管蓄热模型所需的融化时间短约40%;
  (4)肋片厚度为3mm的蓄热模型所需融化时间为10s,肋片厚度越大的蓄热模型所需融化时间越短;
  (5)肋片间距为10.5mm的蓄热模型融化时间为13s,比肋片间距为12.5mm的蓄热模型所需融化时间缩短约23.5%,因此,传热面积是影响融化时间的主要因素。
  本文的研究结果可为此类蓄热装置的设计和优化提供参考。
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