納米流體(Cu-H2O)強化相變蓄能特性的數(shù)值模擬研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展,資源短缺、能源消耗過大、環(huán)境污染加劇、生態(tài)污染嚴(yán)重等問題是困擾著世界經(jīng)濟和社會可持續(xù)性的發(fā)展。對化石燃料的快速消耗和由此產(chǎn)生的環(huán)境污染問題逐漸成為政府和科研人員所面對的難題。目前,高效、清潔的使用能源成為業(yè)內(nèi)普遍關(guān)注的研究熱點。儲能是以間接的形式,進行能量在時間和空間上的移位,應(yīng)用領(lǐng)域廣闊、清潔無污染以及有效的使用方法。由于用戶能量負荷的不穩(wěn)定性和能源的不易儲存性,為了提高能量利用效率,相變儲能技術(shù)被廣泛的用于蓄

2、能技術(shù)中。
  相變儲能技術(shù),可分為儲能過程和取能過程,即:凝固和熔化兩個過程。在這兩個過程當(dāng)中,能量的傳遞過程可描述為:1.凝固過程:冷卻低溫側(cè)與相變材料之前的對流換熱,使相變流體放熱降溫直至產(chǎn)生相變,之后以導(dǎo)熱形式與固態(tài)相變材料發(fā)生能量傳遞,而固態(tài)與液態(tài)的相變材料則以對流換熱傳遞能量,直至相變材料全變?yōu)楣虘B(tài),完成儲能過程;2,融化過程:加熱高溫側(cè)與固態(tài)相變材料之間以導(dǎo)熱形式傳遞能量,固態(tài)相變材料吸熱融化,之后以對流換熱形式進行

3、能量傳遞,而成為液態(tài)的相變材料與固態(tài)相變材料之間以對流換熱形式進行能量傳遞,直至相變材料全變?yōu)橐簯B(tài)。
  雖然相變材料(phasechangematerials,PCMs)具有蓄能量大、系統(tǒng)體積小、相變溫度穩(wěn)定等優(yōu)點,但是其最主要的缺點在于,大多數(shù)相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)都很低,小于1W/(m·K)。而高性能的相變系統(tǒng)往往都是在小溫差(<20℃)工況下運行,這兩個方面的因素導(dǎo)致相變蓄能過程的傳熱效率較低,蓄能與釋能過程需要較長的時間。<

4、br>  針對上述問題,目前科研人員提出多種適合提升蓄能系統(tǒng)蓄能效率的方式。本文根據(jù)已有研究,選取了CU納米粒子作為熱提升劑,H2O作為相變基液,進行了相變蓄能特性研究,基于FLUENT軟件,通過不同質(zhì)量分數(shù)的CU納米粒子添加量(5%,10%,15%)的模型參數(shù),得出了每種添加量下的最優(yōu)化蓄冷厚度以及凝固和融化速率的變化情況。
  結(jié)果顯示,蓄冷過程中,蓄冰厚度達到0.06m時,不同質(zhì)量分數(shù)下的復(fù)合納米相變材料的蓄冷效率都為最佳。

5、之后蓄冷速率隨著厚度的增加而開始降低。同時,根據(jù)不同的質(zhì)量分數(shù)添加量(5%,10%,15%),蓄冷效率隨著納米添加量的增加而提高。當(dāng)完成整個蓄冷過程,相比純水相變材料,蓄冷效率分別提高21.3%,38.7%,50.2%。
  融化過程中,根據(jù)納米顆粒對相變材料導(dǎo)熱率以及熱擴散系數(shù)的改變,質(zhì)量分數(shù)5%,10%,15%的納米相變材料,其融化速率分別提高了14.3%,29.6%和43.5%。隨著液相區(qū)域體積的增大,融化速率也逐漸增大。融

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