調(diào)合石蠟在相變儲(chǔ)能中的相平衡及傳熱過程研究.pdf

1、能量儲(chǔ)存在能源有效利用中具有十分重要的作用，使用相變儲(chǔ)能材料的固—液相變潛熱進(jìn)行能量儲(chǔ)存相對(duì)于顯熱儲(chǔ)能方式具有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)。在相交儲(chǔ)能系統(tǒng)中，相變儲(chǔ)能材料的相平衡及傳熱特點(diǎn)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能具有重要影響。為適應(yīng)儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能溫度的不同要求，本文提出了使用相變溫度可以調(diào)節(jié)的調(diào)合石蠟作為相變儲(chǔ)能介質(zhì)的儲(chǔ)能技術(shù)。 在對(duì)石蠟相平衡和傳熱過程的已有研究進(jìn)行回顧分析的基礎(chǔ)上，本文提出的調(diào)合石蠟相平衡及傳熱過程研究的創(chuàng)新之處在于：1、將有機(jī)混

2、合物相平衡理論及相平衡計(jì)算引入到調(diào)合石蠟相變儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域中，對(duì)調(diào)合石蠟應(yīng)用于相變儲(chǔ)能時(shí)的熔點(diǎn)、濁點(diǎn)、熔程，以及固—液相轉(zhuǎn)變速率等問題進(jìn)行了理論研究，模型建立及數(shù)值計(jì)算。2、對(duì)調(diào)合石蠟在蛇形盤管換熱器中的傳熱過程及儲(chǔ)熱量進(jìn)行了全面的分析和研究，建立了換熱器中傳熱流體、傳熱管壁及調(diào)合石蠟中的傳熱模型、數(shù)值計(jì)算模型，并對(duì)傳熱過程及換熱器的儲(chǔ)熱量進(jìn)行了計(jì)算分析。3、對(duì)調(diào)合石蠟用于相變儲(chǔ)能時(shí)的相平衡及在蛇形盤管換熱器中的傳熱過程及相應(yīng)的儲(chǔ)熱量進(jìn)行

3、了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。 在調(diào)合石蠟相平衡研究中，從正規(guī)溶液的Scatchard-Hilldebrand方程出發(fā)，建立了調(diào)合石蠟溶液中烷烴活度系數(shù)的計(jì)算方程，給出了烷烴參考態(tài)逸度比、相平衡模型參數(shù)的計(jì)算方程。使用閃蒸算法，分別編制了調(diào)合石蠟溫度相平衡及組分相平衡計(jì)算的計(jì)算流程及程序。相平衡計(jì)算結(jié)果表明，調(diào)合石蠟的熔點(diǎn)、濁點(diǎn)、熔程等相平衡溫度參數(shù)，以及調(diào)合石蠟的固態(tài)/液態(tài)相交速率、各烷烴的固態(tài)/液態(tài)相變速率等相平衡組分參數(shù)，與烷烴的相平

4、衡參數(shù)、烷烴在調(diào)合石蠟中的濃度、調(diào)合石蠟的相平衡溫度等因素有關(guān)。 對(duì)使用調(diào)合石蠟作為儲(chǔ)能介質(zhì)的蛇形盤管換熱器中的傳熱過程及儲(chǔ)熱量進(jìn)行了理論分析，提出了換熱器中傳熱流體斷面平均溫度沿流程變化的一維傳熱計(jì)算模型，管壁溫度沿管長及管徑變化的二維傳熱模型，以及調(diào)合石蠟中傳熱過程的二維焓法模型。給出了調(diào)合石蠟中焓場和溫度場的關(guān)系，換熱器中各傳熱過程的邊界條件和初始條件。使用控制容積法建立了這些傳熱模型的數(shù)值計(jì)算方程，使用時(shí)間逐時(shí)推進(jìn)及空間

5、逐層推進(jìn)的計(jì)算策略，編制了這些傳熱方程耦合求解的計(jì)算流程及計(jì)算程序，使用無量綱溫度、無量綱管長、無量綱徑向距離，以及無量綱儲(chǔ)熱量對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行整理分析。計(jì)算結(jié)果表明，在不同的傳熱流體進(jìn)口溫度下，傳熱流體溫度沿管長的分布，以及調(diào)合石蠟中溫度沿徑向的分布具有相似性解的特點(diǎn)。傳熱流體的進(jìn)口溫度、在管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，傳熱管的間距，以及調(diào)合石蠟的熔程等傳熱參數(shù)對(duì)換熱器中的傳熱速率、溫度場、調(diào)合石蠟相界面的移動(dòng)，以及調(diào)合石蠟的儲(chǔ)熱量具有不同程度的影響

6、。 使用冷卻曲線法對(duì)調(diào)合石蠟的濁點(diǎn)進(jìn)行了測量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和溫度相平衡計(jì)算結(jié)果的對(duì)比表明，本文所采用的相平衡計(jì)算模型和計(jì)算方法可以對(duì)調(diào)合石蠟的相平衡進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。在蛇形盤管換熱器中對(duì)調(diào)合石蠟相變儲(chǔ)能換熱器的傳熱過程及儲(chǔ)熱量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。傳熱流體和調(diào)合石蠟溫度場，調(diào)合石蠟相界面移動(dòng)速度，以及換熱器儲(chǔ)熱量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模型計(jì)算結(jié)果的對(duì)比說明，本文使用的調(diào)合石蠟蛇形盤管換熱器中，傳熱過程和儲(chǔ)熱量的計(jì)算模型和計(jì)算方法可以對(duì)換熱器的傳熱過程和