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新型低温相变蓄冷材料的热物性及应用研究

作　者: 唐娟
导　师: 李夔宁
学　校: 重庆大学
专　业: 制冷与低温工程
关键词: 相变蓄冷材料有机盐 DSC 综合性能指数数值模拟冷库蓄冷
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

可利用电网低谷电实现电网“移峰填谷”的制冷设备及相应的蓄冷技术成为近年来蓄能领域的国际性热门课题,而目前蓄冷技术的研究和应用主要集中在空调领域,国内外对0℃以下的低温相变蓄冷材料及其应用的研究还比较少。但在食品、化工、低温物流、医药、啤酒等众多行业,对于0℃～-60℃温度范围的蓄冷有着巨大的需求。因此,进行低温相变蓄冷材料的基础研究,测定其基本的热物理性质,对于以后低温蓄冷技术的大规模应用,显得尤为重要。本文围绕研制出相变温度为0℃～-60℃,相变潜热大的低温相变蓄冷材料系列,为蓄冷材料在低温贮存、冷藏运输、工业冷源等领域的应用提供基础数据,并试图将其应用到冷库领域。在实验研究中,探索出利用DSC绘相图寻找共晶浓度、共晶温度的方法,测得甲酸钠、苯甲酸钠、乙酸钾、乙酸钠等有机盐溶液的共晶浓度、共晶温度、相变潜热,同时对其比热进行了测量。在上述研究基础上,对低温相变蓄冷材料的相变潜热、比热、导热系数、密度,蓄冷材料的价格等方面进行一级模糊数学综合分析,对其进行综合评价,筛选出综合性能指数大,即相变温度为0℃～-60℃,具有高相变潜热值的有机、无机蓄冷材料。利用FLUENT软件对间接蓄冷（蓄冷球）和直接蒸发式蓄冷（螺旋盘管）进行数值模拟研究,得到凝固过程中不同时刻蓄冷体内蓄冷材料的温度场及固液相比例。通过比较,直接蒸发式螺旋盘管换热效率高,在相同时间内蓄冷能力强,适合用于冷库蓄冷。研究低温相变蓄冷材料在冷库蓄冷的方案,将综合性能指数较高的22%wt的MgCl₂溶液作为相变蓄冷材料,运用到肉食品冷库低温间蓄冷中,在原冷库运行模式的基础上建立了相应的蓄冷系统,系统采用了按电功率需求限制进行蓄冷策略,和部分蓄冷运行方式,并通过经济分析,得到投资回收期约为2年左右。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
1 绪言  10-22
  1.1 相变蓄冷的机理  10
  1.2 相变蓄冷技术的发展现状  10-11
  1.3 相变蓄冷材料及其性能  11-16
    1.3.1 相变蓄冷材料的性能要求  12
    1.3.2 相变蓄冷材料的性能测试  12-14
    1.3.3 相变蓄冷材料的分类及其性能  14-16
  1.4 相变蓄冷材料的研究应用  16-17
  1.5 蓄冷技术的发展趋势及展望  17-19
  1.6 课题的提出及主要内容  19-22
    1.6.1 课题的提出  19
    1.6.2 本文的研究内容及技术路线  19-22
2 相变蓄冷材料的相变热力学基础  22-30
  2.1 凝固点降低定律  22-23
  2.2 相平衡和相图  23-25
    2.2.1 相律和相平衡特性  23-24
    2.2.2 相图中的相关理论  24-25
  2.3 二组分固液体系相图  25-30
3 低温相变蓄冷材料的实验研究  30-50
  3.1 低温相变蓄冷材料的初选  30-31
  3.2 实验内容  31-43
    3.2.1 实验试剂  31
    3.2.2 步冷曲线法绘相图实验  31-37
    3.2.3 DSC 谱图与相图实验  37-43
  3.3 相变蓄冷材料比热的测量  43-48
    3.3.1 测量方法  43-45
    3.3.2 测量结果及分析  45-48
  3.4 本章小结  48-50
4 低温相变蓄冷材料的综合评价  50-58
  4.1 模糊数学综合评价方法  50-53
    4.1.1 隶属函数  51
    4.1.2 评价因素数体系  51
    4.1.3 多层次、多算子综合评价模糊数学模型  51-53
  4.2 低温相变蓄冷材料的综合评价体系  53-56
    4.2.1 全面(二级)评价体系  53-55
    4.2.2 简化(一级)评价体系  55
    4.2.3 低温相变蓄冷材料综合评价值的计算  55-56
  4.3 本章小结  56-58
5 蓄冷球和螺旋盘管相变数值模拟  58-72
  5.1 低温相变蓄冷球凝固过程数值模拟  58-65
    5.1.1 模型的建立  58-60
    5.1.2 模拟分析过程  60-61
    5.1.3 模拟结果及其分析  61-65
  5.2 直接蒸发式螺旋盘管管外结冰数值模拟研究  65-70
    5.2.1 模型的建立  65-67
    5.2.2 模拟分析过程  67-68
    5.2.3 凝固过程模拟结果及其分析  68-70
  5.3 本章小结  70-72
6 低温相变蓄冷材料在冷库系统中的应用  72-88
  6.1 冷库蓄冷系统运行及控制策略的选择  72-73
  6.2 直接蒸发内融冰盘管式冷库蓄冷系统的设计  73-82
    6.2.1 蓄冷系统设计  73-79
    6.2.2 蓄冷系统的运行方式  79-81
    6.2.3 蓄冷槽的设计及计算  81-82
  6.3 技术经济分析  82-86
    6.3.1 蓄冷系统峰谷电价构成  82-83
    6.3.2 蓄冷冷库系统的经济分析  83-85
    6.3.3 1000 吨肉食品蓄冷冷库经济分析  85-86
  6.5 本章小结  86-88
7 结论及进一步工作建议  88-90
致谢  90-92
参考文献  92-95
附录：硕士期间发表的论文  95

新型低温相变蓄冷材料的热物性及应用研究

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