填充了球状相变材料的蓄热槽放热特性的数值分析

用数值模拟的方法，将填充了球型相变材料(PCM)的蓄热槽内部划分为蓄热体和热媒体两个计算区域，分别建立数学模型，解决了内部相变导热的蓄热体区和流动的热媒体区求解时互为条件的耦合问题；应用焓法计算蓄热体内部的相变过程。得出了与国外实验结果吻合的结果。     

电加热相变蓄热地板供暖房间热特性数值模拟与分析

介绍了电加热相变蓄热地板供暖的优点，综合考虑室外气象因素、室内辐射特性和相变材料自身的热物性建立了电加热相变蓄热地板供暖系统的计算模型。比较了相变蓄热地板与传统散热器供暖的热舒适性和能耗，结果表明相变蓄热地板能够改善室内热舒适性和降低能耗。     

相变蓄热构件传热强化及其对轻质墙体蓄热性能提升研究

本文提出一种与轻质墙体内侧结合、增强其蓄热性能的相变蓄热构件。利用多物理场耦合的有限元软件COMSOL建立复合墙体的数值计算模型并验证其准确性,以相变蓄热构件内相变材料的完全熔化时间和构件表面温差作为评价依据,分析构件内部不同参数肋片的强化传热机理并优选出最佳肋片参数;以深圳地区为例,从相变材料的用量和相变温度对相变蓄热构件的使用效果进行优化,比较了肋片在相变蓄热构件提升2种轻质墙体蓄热性能上的差异。结果表明,长而薄的肋片在适宜的肋片间距下能够提升石蜡温度场和流场变化的协同性,增强传热速率;在不影响复合墙体对室外热扰延迟时间的前提下,肋片的添加使加气混凝土复合墙体的显热蓄热和放热时长分别缩短了44.8%和26.3%,聚苯板复合墙体的显热蓄热和放热时长分别缩短了20.8%和52.9%,肋片对聚苯板复合墙体的有效蓄热量和蓄热能力的提升效果较好。本文的研究结果能够为相变蓄热构件的设计和应用提供参考依据。     

环形通道中蓄能物质的相变传热特性实验研究

搭建了环形通道式相变蓄热实验台。以石蜡为相变材料,实验研究了相变材料蓄热过程的传热特性。利用红外热成像技术,获得了相变材料相变蓄热过程中的温度分布及相变界面位置随时间的变化规律。研究结果表明:加热温度越高,相变材料内部自然对流现象出现得越早,完成相变的时间越短;沿管长方向各截面的熔化传热规律相近;热源的流量对石蜡蓄热特性影响不大;随着Stefan数的增大,熔化所需的时间显著减少;加热初期等温线沿着加热内壁呈同心圆分布;随着时间的推移,浮升力引起的自然对流使热流体上升,通道截面上部的等温线呈椭圆状,熔化速度明显增加。自然对流对环形通道内的相变影响较大,在数值计算中不容忽略。     

典型外墙构造复合相变层的热工性能研究

建筑围护结构结合相变蓄热材料能够大幅提升其蓄热性能,削弱室外温度波动对室内热环境的不利影响,有助于充分利用自然气候资源。由于相变材料的变物性特征,相变墙体和传统围护结构的热工性能存在显著差异。基于人工控制环境下的缩尺模型实验,对比分析了在室内外双向周期性热作用下,相变墙体不同材料层顺序(相变蓄热层、保温层、结构层)对其热工性能的影响。结果表明,当墙体材料层顺序由外向内分别为"保温层-结构层-相变蓄热层"时,实验小室室内空气温度峰值最小。分析了在不同材料层顺序下相变墙体的内表面蓄热系数,结果表明当墙体的材料层顺序由外向内分别为"相变蓄热层-保温层-结构层"及"保温层-结构层-相变蓄热层"时,相变墙体的内表面蓄热系数分别为4. 39 W/(m~2·K)和4. 13 W/(m~2·K),均大于采用材料层顺序由外向内为"相变蓄热层-结构层-保温层"的相变墙体的内表面蓄热系数。内表面蓄热系数计算结果与相变墙体热工性能实验结果相符,能够准确体现相变墙体内表面蓄热性能及其对室内热环境的影响。     

应用于建筑采暖的薄壁式相变蓄热箱体实验研究

搭建了抛物槽真空管集热-薄壁式相变蓄热箱体蓄热系统,以石蜡为相变材料,利用抛物槽真空管集热器产生的热水对尺寸为800 mm×60 mm×800 mm的薄壁式相变蓄热箱体进行蓄热,并对其放热过程热分层现象进行研究测试。对薄壁式相变蓄热箱体进行了温度和热流密度测点的布置,通过对壁面温度、内部温度和壁面热流密度的测试分析,得出了蓄热箱体具有热分层的现象,提出了应用建议。     

用于海水养殖的管壳式梯级相变蓄热装置内部传热特性的数值模拟研究

为了解决海水养殖中太阳能不连续、不稳定的蓄热问题,本文设计了可用于海水养殖行业的高效梯级相变蓄热器模型,并对其内部传热特性进行了数值模拟研究,分别对同一工况下每级PCM(PCM1、PCM2、PCM3)内部上中下三部分位置的传热特性进行了分析和讨论,同时还探究了梯级相变蓄热装置中每级PCM内相同位置的传热特性差异。结果表明:管壳式梯级相变蓄热装置在充热前期内部传热以热传导为主导,中后期以自然对流为主导;PCM上中下三部分都有较显著的传热差异,PCM3熔化速度较PCM2、PCM1快,PCM下部与中部之间的对流传热是影响换热器整体相变速率的关键。本文建立的管壳式梯级相变蓄热模型可为高效梯级相变蓄放热装置的结构设计提供依据,以推动高效梯级相变蓄热技术在海水养殖等行业的大规模应用。     

塑料球封装相变材料太阳能热水系统蓄热性能实验研究

搭建了一套相变材料太阳能热水蓄热性能实验系统,选取直径为100 mm的塑料球封装石蜡相变材料,对55℃和60℃两种相变温度的蓄热性能进行了测试,并对相变材料中添加膨胀石墨的蓄热性能进行了对比。结果表明:55℃相变材料的蓄热性能较好,添加膨胀石墨后相变材料的蓄热性能得以强化。     

多相变材料蓄热器蓄热特性数值模拟研究

本文基于单蓄热介质套管式蓄热器蓄热过程中换热流体沿流向的温度分布特点,提出了多相变材料套管式蓄热器,并采用数值模拟的方法研究了该蓄热器的蓄热过程特性,分析了蓄热过程中换热流体沿流向的温度变化特性,蓄热材料的熔化及温度分布特性。与单蓄热介质(切片石腊)相比,多相变材料(切片石腊和石蜡C16)蓄热器换热流体出口温度降低了38%,且达到相同液相率时其蓄热时间缩短了15%。结果表明,在蓄热时,相变材料的熔化温度随换热流体温度降低而相应降低将有利于提高蓄热速率、增大单位时间内的蓄热能力。     

太阳能相变蓄热地面辐射供暖系统性能仿真

以北京某建筑为研究对象,建立太阳能相变蓄热地面辐射供暖系统,对系统热负荷、相变蓄热地板、集热器、电辅助加热器进行设计计算。以TRNSYS软件中的典型年1月为模拟时间,在相同运行策略下,对太阳能相变蓄热地面辐射供暖系统、太阳能地面辐射供暖系统(未设置相变材料层)的室内温度进行仿真模拟。最冷月1月两种系统均在大部分时间保证室内温度大于等于18℃。采用太阳能相变蓄热地面辐射供暖系统时,室内平均温度为19.13℃。采用太阳能地面辐射供暖系统时,室内平均温度为18.53℃。太阳能相变蓄热地面辐射供暖系统的热舒适性略高。     

板式相变蓄热器传热性能研究

对板式相变换热装置建立了数学模型,用FLUENT软件对其蓄热过程进行了动态模拟,得出了以CaC l2.6H2O为相变蓄热介质的板式蓄热装置在蓄热过程中,有无自然对流情况下液相分数和热流密度随时间的变化规律。     

相变热回收式通风装置的研发及性能测试研究

随着建筑节能标准的提高,建筑外窗气密性要求不断提高。靠门窗渗透的自然通风量已不能满足室内空气质量的要求。采用机械通风的方式引入新风也存在着通风量的大小及通风模式会影响建筑节能的问题。为此,将相变蓄能技术应用于民用建筑的机械通风系统,研发出一种相变热回收式通风装置,以更好地解决室内空气质量和节能问题。所研发装置利用相变材料的蓄、放热性能,通过交替运行的通风模式,以及通风装置的不断循环,实现无管道式的相变热回收式建筑通风系统。主要采用实验研究的方法,在人工气候室内对研发样机进行了2个蓄、放热周期(4种工况)的测试研究。结果表明,相变热回收式通风装置的进口温度恒定、出口温度随时间不断变化,不同时间阶段呈现不同的变化趋势。第一时间阶段,即初始阶段,出口温度随时间变化剧烈,表明相变蓄能装置进入相变阶段,相变潜热量不断增大。第二时间阶段,即相变阶段,出口温度随时间呈线性变化,表明相变蓄能装置温度恒定,与空气流体发生稳定的相变传热。第三时间阶段,即完成阶段,出口温度变化小,基本接近进口温度,表明相变蓄能装置相变结束。从相变传热机理进行分析,固-液相变传热过程主要包括液态显热蓄(放)热、相变潜热蓄(放)热和固态显热(蓄)放热3个阶段,实验过程中出口温度随时间变化呈现出的几个时间阶段的不同规律,与相变传热机理有关联且相互对应。相变热回收式通风装置的风量恒定、不同进口温度工况下的对比数据表明,进口温度与相变温度的温差越大,初始阶段的出口温度变化越剧烈,相变阶段的出口温度线性变化率越大,且蓄、放热效率越高。进口温度与相变温度的温差约17℃时,蓄、放热效率分别达到56.2%(蓄)、50.8%(放)。     

热电热泵相变蓄热装置原理及性能实验

探讨了热电热泵相变蓄热装置的工作原理。对热电热泵相变蓄热装置蓄热、放热工况下相变材料(石蜡)温度、状态的变化及制热性能系数进行了分析。实验条件下,相变材料的相变过程明显,蓄放热效果理想。蓄热阶段,余热热源温度为32℃、工作电压为8V时,制热性能系数达到2.2;放热阶段,被加热冷风温度为25℃、工作电压为4V时,制热性能系数达到5.6。     

蓄冷系统水平冰盘管外结冰数值模拟及分析

蓄冰桶是直接式蓄冷系统主要部件之一，主要由水平管或螺旋式盘管构成。蓄冰过程中，管内外存在两个复杂的相变过程，即管内液同相变过程和管外液固相变过程。文中建立了直接蒸发式盘管结冰过程的动态数学模型，利用有限差分法对模型进行了数值求解，并对模拟结果进行了讨论分析。该模型可应用于预测管外结冰量随时间的变化关系，因此，可为直接蒸发盘管蓄冰系统的设计及运行优化提供理论依据。     

使用泡沫铜增强相变材料换热性能的实验研究

针对有机相变材料(PCM)导热系数较低的缺点,通过实验研究了添加通孔泡沫铜金属材料增强相变材料导热系数的方法。选择脂肪酸二元低共熔混合物相变材料作为蓄热介质,通过对其进行DSC测试分析,得到其相变温度和相变潜热。对壳管式潜热蓄热系统填充介质为纯PCM与PCM/泡沫铜复合相变材料两种工况下的熔化过程进行对比实验研究。实验数据表明,与纯PCM蓄热系统相比,添加泡沫铜的蓄热系统换热性能得到增强,整个蓄热器内PCM达到相变温度的时间仅为纯PCM系统的22.5%。     

复合蓄热式水箱的设计及蓄放热研究

设计了一种具有辅助电加热和均流孔板的水/相变材料复合蓄热式水箱,该水箱以封装有复合八水氢氧化钡的相变蓄热球作为储热单元。理论分析了相变蓄热球应用于复合蓄热式水箱中的可行性,实验研究了水箱中有无相变蓄热球、恒定流量下的直接和恒温蓄放热特性,结果表明:均流孔板的应用,可使冷热水在水箱底部均匀混合,使高温热水出水量达到最大;在热水出水流量为3.3 L/min时,添加60个相变蓄热球的复合蓄热式水箱比纯水箱可多制得10 L 60℃以上的热水;在热水出水流量为1.6 L/min时,添加120个相变蓄热球的复合蓄热式水箱比纯水箱可多制得40 L 40℃的恒温热水。     

相变蓄热在冷凝热回收系统中的应用研究

随着社会的急速发展,人们对生活热水的需求越来越大,一次能源用于直接加热热水是极大的浪费,冷凝热回收技术也受到广泛的关注。介绍了冷凝热回收的两种形式,即传统水蓄热和相变蓄热,比较两者的不同,并探究了相变蓄热的相变材料及其系统应用。     

泡沫铜/石蜡复合相变材料融化过程的换热特性

为了研究强化相变蓄热器的换热情况,搭建了矩形腔体内填充泡沫金属/石蜡的实验台,在恒壁温条件下,进行了泡沫金属/石蜡复合相变材料的融化蓄热实验.根据实验数据绘制了不同加热温度下石蜡内部温度随时间变化曲线,分析了腔体内自然对流对温度分布的影响、传热温差对蓄热时间的影响.结果表明,泡沫金属的高导热性能强化了石蜡在腔体内的融化...     

螺旋管式相变蓄冰装置的结构优化

对冰蓄冷系统中,螺旋管式蓄冰装置相变蓄冰过程进行研究。采用第三类边界条件建立传热方程式,可以较好地描述相变传热过程。建立可靠的模拟模型,对螺旋管相变蓄冰过程进行数值模拟,模拟结果表明,螺旋管中心容易产生相变死区,蓄冷材料利用率不高;采用螺旋管中间加装直管段的方式进行优化,模拟结果表明,同等蓄冰条件,溶液出口温度同比提高1.5℃;相变蓄冷4 h,结冰质量由9.07 kg同比提高到10.45 kg,相变死区问题得到解决,蓄冷材料利用率提高。综合表明采用加装直管段优化方式具有合理性。