文档介绍：太阳能跨季节储热相变材料的选择与换热
性能研究

The Selection and Heat Transfer
Performance Study of Phase Change
Material Used in Solar Seasonal Storage

学科专业:热能工程
研究生:张丽英
指导教师:周志华副教授

天津大学环境科学与工程学院
二零一二年十二月
独创性声明

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摘要

在能源消耗总量中,用以保证建筑物卫生和舒适条件的供暖、空调等能源的
消耗量占较大的比例。将太阳能季节性储热技术应用到建筑物供暖工程中,将大
大提高能源的利用率,且太阳能为清洁无污染的可再生能源,有利于环境保护。
本文参考大量国内外文献,选取 NH4Al(SO4)2·12H2O 为应用于太阳能季节性
储热直接供暖系统的固-液相变材料。首先,对工业纯 NH4Al(SO4)2·12H2O 进行
了基本参数的实验室测定,包括其固、液态密度、体积膨胀率、熔化曲线和步冷
曲线等,并在 NH4Al(SO4)2·12H2O 中添加铜丝,研究其导热系数的提高效果。其
次,为了研究其实际传热性能,搭建了单根垂直同心套管实验台,进行连续蓄热
与间歇蓄热熔化过程的实验研究。在蓄热实验过程中,相变材料轴向及径向温度
均出现明显的温度分层现象。在 240 分钟的蓄热时间内,间歇蓄热过程的总换热
量比连续蓄热过程多 %,可见,间歇蓄热过程更利于相变材料蓄热。最后,
应用 FLUENT 模拟换热流体不同温度、不同流向对熔化过程的影响及连续凝固、
间歇凝固过程的换热性能,得出以下结论:(1)相变材料的径向填充厚度对熔
化过程的影响较小,换热器的高度对相变材料的熔化过程影响较大;(2)换热
流体进口温度对换热强度的影响甚大,适当提高换热温差,利于换热;(3)换
热流体的流向对整个蓄热过程的影响不大,因此,在换热系统的实际设计时,可
忽略换热流体流向的影响,应主要考虑环路阻力问题,选择较小的环路阻力,可
以节省循环水泵的电力消耗;(4)间歇凝固过程所消耗的能量为连续凝固过程
的 75%,可节省 25%能量,实际运行时,应优先选用间歇取热模式。
本文重点研究了相变换热器的设计及相变储能系统的运行模式,为相变储能
材料的研究提供了新的思路,并为相变储能系统在实际中的应用提供理论和数据
支持,有重要的现实意义。

关键词:相变材料十二水合硫酸铝铵温度场连续蓄/放热间歇蓄/放热
ABSTRACT

The energy consumption of heating and air conditioning that to ensure the healthy
fortable building conditions occupy a large proportion of total energy
consumption. If solar seasonal storage technology is applied to building heating, it
will greatly improve the utilization of energy. What’s more, the utilization of solar
energy is conducive to environmental protection for solar energy is clean,
non-polluting and renewa