高温熔盐相变蓄热过程的协同强化研究.doc

文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123569
高温熔盐相变蓄热过程的协同强化研究基金项目:国家自然科学基金(No. 50906070,No. 51176155);中央高校基本科研业务费专项资金。
陶于兵,何雅玲*,唐宗斌
(西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室,陕西西安,710049)
(Tel:[phone],Email:******@.)
摘要为提高熔盐相变蓄热性能,在强化传热管的基础上,引入组合式相变材料,形成复合强化方案,并数值研究了该方案下的相变蓄热性能。结果表明,强化传热管和组合相变材料构成的复合强化方案,可以实现蓄热过程的整体协同强化,获得更好的强化效果。相对于单一相变材料,采用组合相变材料后,(光管),(内丁胞管),(内圆台管)(内螺纹管)。合适地选择组合相变材料种类,可在提高蓄热速率的同时,提高总蓄热量。
关键词相变蓄热;协同强化;组合相变材料;强化传热管
0 前言
随着能源危机和环境污染的日益加剧,太阳能热利用,特别是太阳能热发电技术引起了广泛关注。然而,由于太阳能受到时间、季节、天气等因素影响,辐射强度不断发生变化,具有明显间断性和不稳定性,因此在太阳能热利用系统中蓄热技术显得尤为重要。潜热蓄热由于具有较高的储能密度、恒定的蓄/放热温度,被认为是最具有吸引力及发展潜力的蓄热方式之一。
近年来,许多研究人员对相变材料的蓄热过程进行了模拟及实验研究。Agyenm等[1]对近三十年来在相变材料、相变传热问题的数值求解等方面的进展,做了详细综述。Sharma和Chen等人[2,3],基于焓方法分析了熔化过程中相变材料的热物理性质、换热器材料及形式对相变蓄热系统性能的影响。Hamid [4,5] 采用焓方法数值研究了相变蓄热材料在蓄热和放热过程中的热性能,并且讨论了不同蓄热材料及其组合对蓄/放热性能的影响。Tao 和He [6]研究了非稳态的传热流体入口边界条件,对相变材料蓄热过程的影响特性。在性能强化方面,Wu 和Zhao[7,8] 实验研究了金属泡沫和膨胀石墨对相变材料传热性能的强化效果。Tao等[9]分析了采用强化传热管,强化以高温熔盐为相变材料的相变蓄热单元性能的可行性。研究结果表明,对于以气体为传热流体的壳管式相变蓄热单元,采用强化传热管可以有效缩短相变材料熔化时间,提高蓄热速率。
但是采用单一相变材料,由于蓄热管前段和后段的相变材料熔化温度相同,采用强化传热管以后,管内对流传热系数得到提高,使得在相变蓄热管的前段,传热速率较快,更多的热量传递给相变材料,不可避免会引起传热流体在相变蓄热管后段的温度降低,传热速率减慢
。因此,蓄热管后半段的强化效果不明显。为了进一步强化壳管式相变蓄热单元的相变蓄热性能,本文在文献[9]采用强化传热管的基础上,引入了组合式相变材料,通过在蓄热管的后半段采用熔点较低的相变材料,实现整个相变蓄热管前、后段的协同强化,以期达到更好的强化相变蓄热的目的。
1 物理模型与控制方程
物理模型
蓄热单元的物理模型如图1所示,由内管和管外的套管构成,管路材料采用具有抗氧化、耐腐蚀性能的高温合金Haynes 188。传热流体(HTF)采用