学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

复合蓄能材料制备及热管蓄能系统动态特性研究

作　者: 刘旭
导　师: 方贵银
学　校: 南京大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 相变蓄能复合蓄能材料热管蓄能空调系统动态特性
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 100次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

蓄能技术具有转移电网高峰用电量、平衡电网峰谷差的功能,提高了电网的安全运行性能,充分利用分时电价差节省运行电费。相对于以水为介质的显热蓄能技术,复合材料相变潜热蓄能具有储能密度高与运行温差小的优势,利用热管换热可以实现高效节能。本文提出了相变潜热复合蓄能材料的制备方法,并对复合蓄能材料的特性进行了分析。阐述了热管蓄能系统的结构和工作原理,并对热管蓄冷和蓄热系统进行了模拟和分析,讨论了热管液膜厚度对蓄热过程的影响。1.复合蓄能材料制备及特性采用膨胀石墨吸收不同质量比的液态硬脂酸(1：1、3：1、5：1)制备了硬脂酸／膨胀石墨复合蓄能材料,其中硬脂酸为相变材料,多孔网状膨胀石墨作为基体。热分析结果表明复合蓄能材料与硬脂酸有相同的相变特征,不同掺杂比的复合材料相变潜热与理论计算值差别不大。显微结构分析表明膨胀石墨多孔网状结构中毛细管力和表面张力的作用使得硬脂酸紧密分散在多孔网状结构中,避免了硬脂酸的因过高的温度而产生的渗漏,其中硬脂酸掺杂质量比为83%的样品的凝固温度为54.28℃,凝固潜热为155.70 kJ/kg；融化温度为53.12℃,融化潜热为155.50kJ/kg；且热扩散率为硬脂酸的10倍。采用溶胶凝胶方法制备了不同掺杂浓度(3g、5g、10g)的月桂酸/二氧化硅定形复合蓄能材料,月桂酸为相变材料,多孔网状二氧化硅为基体。扫描电子显微镜(SEM)的结果表明月桂酸已均匀分散在二氧化硅多孔网状结构中,示差扫描热量仪(DSC)测得月桂酸质量比为64.8%的样品的融化潜热为117.21 kJ/kg,热重分析(TGA)表明该复合蓄能材料具有较好的热稳定性,可以在余热回收系统和太阳能蓄能系统中反复利用。2.分离式热管蓄冷系统动态性能研究建立了分离式热管蒸发段充冷过程的数理模型,分析了在不同热管介质入口温度下热管蒸发段管外冰层厚度、热管介质出口温度、热管外蓄冷介质温度、单位时间蓄冷量以及总蓄冷量随时间的变化关系,研究结果表明在热管蒸发段长度和管径一定的情况下,降低热管介质入口温度可以提高热管蒸发段单位时间蓄冷量、减小热管充冷时间。建立了热管蓄冷系统中热管冷凝段传热过程的数理模型,该模型考虑了热管内气液两相之间的剪切力,以R134a作为热管工作介质,计算了液膜厚度、剪切力及热管换热系数。讨论了液膜剪切力对液膜厚度的影响,分析了热管冷凝换热系数随热管管径和热流密度的变化规律以及热管倾角和热流密度对冷凝换热系数的影响,并将该模型所得结果与Nusselt模型的结果进行了比较,研究结果表明该模型所得的液膜厚度要比Nuseelt模型计算的液膜厚度要薄,而其冷凝换热系数要大。建立了分离式热管蓄冷系统有效能分析模型,比较了盘管式冰蓄冷系统和热管式冰蓄冷系统的有效能,计算结果表明：热管式冰蓄冷系统的有效能效率比盘管式冰蓄冷系统提高了9.55%。两种冰蓄冷系统中冷凝过程的有效能损失在整个循环过程中是最高的,减少热交换过程中的热阻和传热温差或者回收利用冷凝器散发到环境中的热能可以降低冷凝过程中的有效能损失；采用涡旋式或螺杆式压缩机可以提高压缩机的等熵压缩效率,从而也就降低了压缩过程中的有效能损失；增加进入节流阀前制冷剂的过冷温度或者降低冷凝压力和蒸发压力的压差,同样可以降低节流过程中的有效能损失；在蒸发过程中,降低热交换过程中的热阻和传热温差同样能降低其有效能损失。3.热管蓄能装置动态蓄热特性研究建立了热管蓄能装置动态特性数理模型,分析了在不同热管介质入口温度和相变蓄热材料起始温度下的热管管外相变蓄热材料厚度和温度、热管介质出口温度、热管蓄能装置总蓄热量和蓄热率随时间的变化关系,研究结果表明在相同的热管长度和半径情况下,提高热管介质入口温度或降低相变蓄热材料起始温度可以使热管蓄能装置的总蓄热量和蓄热率增加。考虑了液膜努赛尔模型和剪切力模型对蓄热过程的影响,分析了不同的液膜厚度下的热管管外相变蓄热材料厚度和温度、热管介质出口温度、热管蓄能装置总蓄热量和蓄热率随时间的变化关系,研究结果表明在相同的热管长度和半径情况下,提高热管入口热流密度或者增加剪切力都可以使热管蓄能装置的总蓄热量和蓄热率增加。

全文目录

中文摘要  3-6
英文摘要  6-12
第一章绪论  12-29
  1.1 课题研究背景  12-13
    1.1.1 蓄能技术概述  12
    1.1.2 热能蓄能方式  12-13
    1.1.3 热能传递方式  13
  1.2 相变蓄能材料的基本特征  13-16
    1.2.1 相变材料的优势  14
    1.2.2 相变蓄能材料的选择  14-15
    1.2.3 相变材料的分类  15-16
  1.3 相变材料制备方法  16-18
    1.3.1 基体材料封装相变材料法  16-17
    1.3.2 基体和相变材料熔融共混法  17
    1.3.3 混合烧结法  17-18
  1.4 相变材料蓄能方式  18-23
    1.4.1 平板式蓄能方式  18-19
    1.4.2 圆柱形与管壳式蓄能方式  19-20
    1.4.3 球形堆积床蓄能方式  20
    1.4.4 盘管式蓄能方式  20-22
    1.4.5 复合相变蓄能方式  22-23
  1.5 相变材料的应用  23-24
  1.6 热管  24-27
    1.6.1 热管的基本工作原理  24-25
    1.6.2 热管的分类  25-26
    1.6.3 热管的基本特性  26-27
    1.6.4 热管的应用  27
  1.7 本论文研究内容  27-29
第二章复合蓄能材料制备及性能  29-44
  2.1 硬脂酸/膨胀石墨复合蓄能材料的制备及性质  29
  2.2 硬脂酸/膨胀石墨复合材料的制备  29-30
  2.3 硬脂酸/膨胀石墨复合材料性质的测量方法  30
  2.4 硬脂酸/膨胀石墨复合材料的测量结果和分析  30-37
    2.4.1 FT-IR分析  30-31
    2.4.2 XRD分析  31-32
    2.4.3 微观结构  32
    2.4.4 热物性  32-35
    2.4.5 热扩散系数的测量  35-36
    2.4.6 热稳定性  36-37
  2.5 本节小结  37
  2.6 月桂酸/二氧化硅定形复合蓄能材料的制备及性质  37
  2.7 月桂酸/二氧化硅定形复合蓄能材料的制备  37-38
  2.8 月桂酸/二氧化硅定形复合蓄能材料的测量方法  38
  2.9 月桂酸/二氧化硅定形复合蓄能材料的结果和分析  38-43
    2.9.1 FT-IR分析  38-39
    2.9.2 微观结构  39
    2.9.3 热物性  39-42
    2.9.4 月桂酸/二氧化硅定形复合材料的热稳定性  42-43
  2.10 本节小结  43-44
第三章分离式热管蓄冷系统动态特性研究  44-70
  3.1 分离式热管蒸发段充冷过程性能  44-54
    3.1.1 分离式螺旋热管蓄冷空调系统  44
    3.1.2 分离式热管蒸发段充冷过程数理模型  44-49
    3.1.3 分离式热管蓄冷过程结果和分析  49-54
    3.1.4 本节小节  54
  3.2 分离式热管冷凝段放热特性  54-64
    3.2.1 分离式热管冷凝段液膜换热模型建立  54-58
    3.2.2 分离式热管冷凝段换热特性结果和分析  58-63
    3.2.3 本节小节  63-64
  3.3 分离式热管蓄冷系统有效能分析  64-70
    3.3.1 分离式热管蓄能系统有效能分析数理模型建立  65-67
    3.3.2 分离式热管蓄能系统有效能的结果和分析  67-69
    3.3.3 本节小节  69-70
第四章热管蓄能装置动态蓄热特性研究  70-92
  4.1 热管蓄能装置及工作过程  70-72
  4.2 热管蓄能装置动态蓄热过程数理模型的建立  72-76
  4.3 热管蓄能装置动态蓄热模型模拟结果和分析  76-85
    4.3.1 热管介质入口温度对蓄热特性的影响  77-80
    4.3.2 蓄热材料初始温度对蓄热特性的影响  80-84
    4.3.3 本节小节  84-85
  4.4 液膜厚度对热管蓄能装置动态蓄热特性影响  85-92
    4.4.1 热管蓄能装置动态蓄热过程数理模型建立  85-86
    4.4.2 动态蓄热过程冷凝段液膜换热模型的建立  86
    4.4.3 液膜厚度对蓄热过程的影响  86-90
    4.4.4 本节小节  90-92
第五章总结与展望  92-96
  5.1 本文成果及主要结论  92-95
  5.2 后续工作的改进  95-96
参考文献  96-103
致谢  103-104
论文发表情况  104
发明专利授权情况  104
获奖情况  104-105

复合蓄能材料制备及热管蓄能系统动态特性研究

内容摘要

全文目录

相似论文