学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

太阳能相变蓄热装置蓄热性能实验及模拟研究

作　者: 晋瑞芳
导　师: 付海明
学　校: 东华大学
专　业: 热能工程
关键词: 相变蓄热装置相变材料石蜡太阳能热水系统数值模拟传热强化
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 477次
引　用: 3次
阅　读: 论文下载

内容摘要

在当前能源供给紧张、需求日益增加的形势下,太阳能作为一种可再生清洁能源具有广泛的应用前景,但是能量储存的问题制约着太阳能的利用。蓄能技术由于可以缓解能量供求双方在时间、强度及地点上的不匹配,在太阳能利用方面有重要应用。其中相变蓄热技术应用最为广泛,具有蓄热密度大,相变过程温度恒定、过程易控制等优点。国内外对相变蓄热材料和相变过程热分析方面进行了大量的研究,但在相变技术应用研究方面开展较少,尚存在不足。针对以上问题,本文首先从常见的中低温相变材料中进行比较筛选,选取石蜡作为实验用相变材料,并对其融化过程的体积膨胀率、固液态密度、导热系数、相变温度及相变潜热进行了测定。通过搭建同心管束式相变蓄热性能测试实验台,在恒定的室温条件下进行实验,分析相变过程温度场随时间的变化规律;比较了相同传热流体条件下装置内部不同位置温度随时间的变化;分析了传热流体入口温度变化、传热流体流量变化对蓄热时间的影响、实验分析发现,传热流体入口温度对于蓄热时间的影响要大于流量。模拟研究方面,本文还将实验的物理模型进行简化,得到了内走传热流体外侧充满石蜡的同心套管单元数学模型。利用计算流体力学软件FLUENT中凝固/融化模型模拟了石蜡融化的相变过程。在考虑液相区自然对流情况下得到了蓄热装置与热媒体耦合问题的温度场、液相体积分数随时间的变化情况,并分析了相变界面的变化规律。本文中的模拟结果与实验结果相对照吻合,具有应用的可行性。论文还在原有的模型基础上进行传热强化的结构优化模拟,比较了加不同结构参数环肋的融化过程所需时间。依照相似准则理论,将模型实验装置作为蓄热装置进行放大设计,应用于分体式太阳能热水系统,对原有的系统进行了改进。本文的研究结果,可以给相变蓄热器的设计者提供数据参考,减少重复性劳动。另外,本文探讨的模拟方法可以在蓄热器的强化的设计研究中使用,借鉴模拟结果安排实验环节,从而可以节省大量的人力和物力。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-21
  1.1 课题研究背景及意义  13-15
  1.2 国内外对于相变蓄能的研究现状  15-19
    1.2.1 国内外对于相变材料(PCM)的研究进展  15-17
    1.2.2 国内外对于相变蓄热理论及技术的研究进展  17-19
  1.3 本课题研究内容与方法  19-20
    1.3.1 研究内容  19-20
    1.3.2 研究方法  20
  1.4 小结  20-21
第二章相变材料的选择比较及石蜡的物理性质  21-33
  2.1 相变材料的选择  21-23
    2.1.1 常见的中低温相变材料  21-22
    2.1.2 相变材料的选择  22-23
  2.2 石蜡的基本性质  23
  2.3 石蜡物性参数的测定  23-30
    2.3.1 石蜡融化过程体积膨胀率的测定  24
    2.3.2 石蜡固态、液态时密度的测定  24-25
    2.3.3 石蜡相变温度及相变潜热的测定  25-27
    2.3.4 石蜡固态、液态时导热系数的测定  27-30
  2.4 本章小结  30-33
第三章蓄热性能实验系统及测试方法  33-43
  3.1 实验研究目的  33
  3.2 实验系统  33-40
    3.2.1 蓄热装置  34-36
    3.2.2 水路系统、电加热系统  36
    3.2.3 温度测试系统  36-38
    3.2.4 实验主要仪器  38-40
  3.3 实验测试步骤及调试  40-41
  3.4 本章小结  41-43
第四章相变蓄热装置蓄热性能实验分析  43-59
  4.1 引言  43
  4.2 蓄热实验结果及分析  43-51
    4.2.1 蓄热过程中石蜡温度随时间的变化  43-48
    4.2.2 传热流体入口温度对蓄热过程的影响  48-50
    4.2.3 传热流体流量对蓄热过程的影响  50-51
  4.3 无量纲蓄热量曲线分析  51-57
    4.3.1 传热流体蓄热量的计算  52-56
    4.3.2 无量纲蓄热量曲线分析  56-57
  4.4 本章小结  57-59
第五章相变蓄热模拟研究及传热强化  59-79
  5.1 模拟研究理论和方法  59-64
    5.1.1 相变传热问题的特点  59-60
    5.1.2 相变传热中的主要数学模型  60-61
    5.1.3 相变传热问题的数值求解方法  61-62
    5.1.4 FLUENT数值模拟相变问题的基本知识  62-64
  5.2 等效相变蓄热单元蓄热过程模拟  64-74
    5.2.1 物理及数学模型的建立  64-67
    5.2.2 边界条件及参数的设置  67
    5.2.3 模拟结果与验证分析  67-74
  5.3 加肋强化传热的模拟  74-78
    5.3.1 强化模拟模型及设置  74-75
    5.3.2 模拟结果分析与结论  75-78
  5.4 本章小结  78-79
第六章相变蓄热装置应用设计  79-87
  6.1 引言  79
  6.2 太阳能热水系统及应用设计  79-83
    6.2.1 太阳能热水器  79
    6.2.2 分体式太阳能热水系统  79-81
    6.2.3 相变蓄热装置的放大设计  81-83
  6.3 改进的太阳能热水系统比较计算  83-85
  6.4 本章小结  85-87
第七章结论与展望  87-89
  7.1 本课题的研究结论  87-88
  7.2 进一步研究建议  88-89
参考文献  89-93
附录  93-99
  附图  93-94
  附表  94-99
攻读硕士学位期间发表的学术论文  99-101
致谢  101

太阳能相变蓄热装置蓄热性能实验及模拟研究

内容摘要

全文目录

相似论文