相变储热装置传热强化的实验研究

当今能源危机和环境污染已成为社会发展面临的两大难题,开发利用可再生能源与工业废热对节能和环保具有重要的现实意义。相变储热系统通过相变材料相变时需要吸收(或放出)大量热量的性质实现能量存储,这对于解决太阳能与工业废热在供求时间上的不一致问题,以及实现电力的“移峰填谷”,具有重要的实用价值。因此,相变储热技术作为一种能量存储的新技术,已经引起了学术界和工业界的多方关注。但是,当相变材料、运行工况一定的情况下,最为突出的一个问题是大多数相变材料(特别是目前用的较多的有机相变材料)的导热系数都很低。因此,如何提高相变储热装置传热性能的研究也日益成为人们关注的热点。 本文在已有理论和研究的基础上,就如何提高相变储热装置的传热性能进行了探讨。首先,对储热及相变储热的应用做了介绍,同时对不同种相变储热的方式进行了介绍比较,指出固-液相变储热具有广泛的开发应用前景。并在对多种相变材料做全面比较以及DSC分析的基础上,确定选用北京化学试剂公司提供的硬脂酸(C18H36O2)作为本文的相变材料(PCM),其熔点(相变温度)适中,相变潜热较大,这些特性使其成为一种中常温相变储热装置中理想的相变储热介质。 选定了相变材料后,本文通过对多种强化相变储热装置传热特性方式比较分析的基础上,确定了以添加肋片的方式作为本文中强化相变储热装置换热特性的主要的方式,并将其作为本实验的主要研究对象。为此,本文设计了三种不同形状的肋片,分别为圆形肋片、纵形肋片和螺旋形肋片。 在选定相变材料和强化方式后,本文搭建了强化相变储热系统换热性能实验台。该实验台由相变储热系统和三个辅助系统组成,相变储热系统是一个不锈钢封闭圆筒腔体。三个辅助系统分别为:水路系统,电加热系统和数据采集系统。实验分为相变储热系统的储热和释热过程,即相变材料的融化实验和相变材料的凝固实验。在储热和释热实验中,通过测定在相同的加热功率、相同的冷却水温度和流量时,在相变储热系统中不加肋片,加入肋片、加入不同形状肋片相变储热系统中沿径向不同位置处温度随时间的变化,得出加入肋片后使得相变储热系统径向温度分布均匀,换热得到强化的结论。同时,本文还通过改变加热功率,以及冷却水温和雷诺