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:123050
高温相变蓄热系统热性能分析
杨小平1,杨晓西1,丁静2 ,秦贯丰1,杨敏林1 , 蒋润花1
(1. 东莞理工学院广东省分布式能源系统重点实验室,东莞 523808;
2. 中山大学工学院,广州 510006)
(Tel: 0769-22861808 E-mail: 103194140@)
摘要: 高温蓄热是太阳能热发电、高温热利用等的重要组成部分。本文建立了熔盐球型填充床相变蓄热系统的传热模型,采用导热油作为传热流体介质,亚硝酸钠作为高温相变蓄热材料密封于不锈钢球中,利用数值计算方法对相变蓄热过程中的传热特性进行了研究,对蓄热时间、流体进口温度、进口速度、相变材料潜热值对蓄热性能的影响进行了分析。开展了熔盐球型填充床潜热蓄热系统在特定工况下的实验研究,对蓄热系统进行了整体性能测试。结果表明实验值和数值计算值的变化趋势基本保持一致,可为蓄热系统的设计提供理论和实验依据。
关键词:高温蓄热熔盐热性能相变材料
0 引言
由于人们所需的能源都具有很强的时间性和空间性,能源的供应和需求之间,往往存在数量上、形态上和空间上的差异,为了克服或弥补这种差异,常采取能量储存和释放能量的技术手段即为蓄能技术。蓄热技术是合理有效利用现有能源、优化使用可再生能源和提高能源效率的重要技术[1,2]。
相变蓄热主要是通过蓄热材料发生相变时吸收或放出热量来实现能量的储存与释放,现在应用较多的主要是固液相变进行蓄热的相变材料(PCM)。跟显热蓄热比较,潜热蓄热具有蓄热密度大,相变过程中接近恒温等特点,可显著降低蓄热系统的尺寸。
基金项目: 973计划项目(2010CB227306); 国家自然科学基金重点项目(50930007)
目前,对于相变蓄热系统的研究主要集中在常温方面。张华[3]建立了冰球蓄冷装置蓄冷过程的物理模型,该模型包括冰球模型和蓄冷装置模型,采用数值分析的方法对蓄冷罐工作过程进行了模拟,得到一些有益的结论。黄文先[4]对冰球式蓄冷方式进行了数值和实验研究,建立了冰蓄冷球体堆积床的传热模型,并编制数值计算程序对模型进行了求解。崔海亭等[5]搭建了以太阳能为热源的圆柱形蓄热器实验台,将封装了石蜡相变材料的蓄热球体放置在蓄热器中,以水作为传热流体分析了进口温度和流量等的变化对蓄热器热性能的影响。A. Felix[6]同样利用石蜡作为相变蓄热材料,对太阳能热水系统的蓄热特性进行了数值计算分析,得到了传热流体的进口温度、流量和相变材料的温度等对蓄热性能的影响规律。
但是对于中高温相变蓄热方面的研究相对较少,本文建立了高温熔盐球型填充床相变蓄热的传热模型,对相变蓄热过程中的传热特性进行了数值分析和实验研究,可为蓄热系统的设计提供理论和实验依据。
1 蓄热模型的建立
球形填充床相变蓄热罐的物理模型如图1所示,蓄热罐的高为2m,直径为1m。采用导热油作为传热流体介质,亚硝酸钠作为高温相变蓄热材料密封于不锈钢球中。导热油和相变球的初始温度为473K,高温导热油进口温度为673K,。蓄热初始时刻蓄热罐中充满了473K的低温导热油和相变球,蓄热过程开始后673K的高温导热油从顶部进入蓄热罐,经过与相变蓄热球的换热后,把热量传递给相变蓄热球,最后推动低温导热油流出蓄