高效相變蓄冷換熱管實驗研究及性能優(yōu)化.pdf

1、在我國能源短缺,電力緊張的情況下,蓄冷空調(diào)技術在空調(diào)系統(tǒng)中的應用可以起到平衡電網(wǎng)負荷的作用。而目前常見的相變蓄冷換熱裝置的換熱性能普遍不佳,影響了該技術的應用推廣。因此,如何有效的強化相變蓄冷換熱裝置的換熱過程是目前研究的熱點。
　　本文設計了一種新型高效相變蓄冷換熱管,對其換熱性能進行了實驗研究。在此基礎上建立了數(shù)學模型,從結(jié)構(gòu)參數(shù)及運行參數(shù)兩方面進行了理論分析及性能預測。主要研究工作如下:
　　(1)結(jié)合當前國內(nèi)外學者的

2、研究成果,對常見的相變蓄冷材料及相變蓄冷換熱裝置進行了總結(jié)與概括。通過橫向?qū)Ρ扰c分析,選擇管肋式換熱管,結(jié)合有機復合相變蓄冷材料進行研究,以提高相變蓄冷系統(tǒng)的換熱性能。
　　(2)以油酸、癸酸、月桂酸為基液配置了有機復合相變材料,并通過添加適量納米粒子改善了材料的傳熱特性。基于此材料研制了高效管肋式相變蓄冷換熱管。在典型高溫供冷運行工況下,對相變蓄冷換熱管蓄冷、釋冷兩個過程進行了實驗研究。實驗結(jié)果表明,該管肋式相變蓄冷換熱管的蓄冷

3、量及釋冷量分別為470KJ及450KJ,平均蓄冷功率為112.7W,平均釋冷功率為106.8W。相比于目前常用的封裝球相變蓄冷器,該新型管肋式相變蓄冷換熱管的換熱速率可以提高近40％。
　　(3)采用焓-多孔度法建立該管肋式相變蓄冷換熱管的數(shù)學模型。通過有限元分析軟件Fluent,在第二類邊界條件下使用凝固/融化模型進行求解,研究相變材料的溫度變化及相界面移動過程。數(shù)值模擬結(jié)果與實驗相對比,蓄冷過程相對誤差為8.3%,釋冷過程相對

4、誤差9.7%,數(shù)值模擬結(jié)果與實驗測試結(jié)果吻合度較好
　　(4)研究了相變蓄冷換熱管的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及載熱流體運行參數(shù)對管肋式相變蓄冷換熱管性能的影響。通過數(shù)值計算研究了直肋、環(huán)肋的強化換熱效果;分析表明,當環(huán)形肋片間距為40mm,直肋片密度為9,肋片厚度為1.5mm,直肋寬度為37.5mm時該管肋式相變蓄冷換熱管的換熱速率最高。相比于實驗結(jié)果,采用優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)的相變蓄冷換熱管可以提高換熱速率30.5%。通過計算在不同載熱流體溫度及載熱