整体针翅管式相变蓄热换热器性能实验

传统能源储量有限,但是消耗巨大,这要求使用能源应“开源节流”,积极开发新能源和探索新的节能方法。太阳能作为新能源具有很大的优点,但也存在热流密度低、间断性的缺点,另外,利用工业余热和废热正成为有效的节能手段,但却受时效性和空间性的限制。因此,开发高效的蓄热换热技术对太阳能利用和节能减排具有重要的工程实际意义。 近年来,相变蓄热技术及其相关理论已成为研究热点,但主要集中在高温段和低温段,中温段相变蓄热技术的有关应用受到相当大的限制。本课题在已有理论和实践的基础上研究中温相变蓄热及强化传热技术,设计和研制出一种整体针翅管式相变蓄热换热器,并搭建了测试系统对该蓄热换热器的蓄放热性能进行实验研究。 本课题以空气为传热介质,分别对相变蓄热换热器进行了熔化和凝固实验,以研究蓄热换热器在熔化过程和凝固过程中的换热特性和相变材料的蓄放热性能;改变工质流量和进口温度,进行实验以考察工况变化对蓄放热性能的影响;分析研究相变过程中出现的自然对流现象对该蓄热换热器的蓄放热性能和内部温度分布的影响。研究结果表明: （1）相变材料赤藻糖醇熔化温度在120℃125℃范围左右,相变潜热为333KJ/kg,凝固时有5℃10℃左右的过冷度。 （2）当相变材料为固态时换热方式为纯导热,相变时换热方式为导热和自然对流两种方式,液态时主要为自然对流方式。影响最终换热效果因素包括换热温差、换热系数和自然对流效应以及其它次要因素。 （3）相变蓄热换热器管间工质流动基本均匀,垂直流动方向平面内材料温度分布均匀。沿工质流动方向,出口端相变材料完成相变过程所需时间比进口端相变材料长。 （4）流量提高,换热量增大,完成相变过程所需时间减小。空气进口温度提高,换热量增大,完成相变所需时间减小。 （5）针翅管相变蓄热换热器比光管换热器换热效率平均提高了约16%,瞬时换热效率最大提高42%。相变蓄热换热器的主要热阻在空气侧。