管殼式相變蓄熱谷電利用裝置熱性能實驗及模擬研究.pdf

1、近年來，我國建筑用熱能耗逐年攀升，用電峰谷差逐年增大，導致電網(wǎng)調(diào)峰問題日漸突出，發(fā)展高效、靈活適用的儲能技術(shù)以削峰填谷，可以大幅提高電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力，對我國的能源安全與節(jié)能減排具有重大意義。針對谷電蓄熱時電能轉(zhuǎn)化為熱能輸出到用熱端的整機效率不高，使谷電蓄熱裝置的推廣應(yīng)用受到限制，以及因相變材料導熱系數(shù)低而使得蓄存的熱能難以取出的問題，本文對相變蓄熱谷電利用裝置的熱性能進行了實驗及數(shù)值模擬研究，并對實際用熱規(guī)模的算例進行了經(jīng)濟性分析，為相變

2、蓄熱谷電利用場景的系統(tǒng)設(shè)計及工程應(yīng)用提供有益參考。
　　本文建立了相變蓄熱谷電利用裝置熱性能研究平臺，遴選出十二水硫酸鋁銨作為相變材料，壓鑄鋁電加熱板作為熱源，管殼式蓄熱箱體作為換熱結(jié)構(gòu)，實驗環(huán)節(jié)著眼于蓄熱、儲熱、放熱三個過程。蓄熱過程，探究得到引起相變材料在周向和軸向上溫升趨勢不同及相態(tài)變化不同的原因主要有3個:相變材料距離熱源的距離、相變材料初溫及自然對流效應(yīng)的大小。重點關(guān)注放熱過程，探討了三大變工況對蓄熱裝置放熱性能的影響:

3、變流量工況下，有效釋能時間和有效釋能效率與流量成反比例關(guān)系，只有2L/min、3L/min兩個流量工況可以有效提取相變材料蓄存的熱量;變串聯(lián)盤管數(shù)目工況下，隨著盤管數(shù)目的增加，有效釋能時間和有效釋能效率都逐漸增大，且5管增至7管帶來的換熱性能提升最明顯，7管順連，2L/min子工況的有效釋能時間和有效釋能效率分別為179.2min、91.3％，較7管順連，3L/min子工況分別提升97％、39.7％;變串聯(lián)盤管順序工況下，盤管順聯(lián)工況的

4、有效釋能效率和放熱效能都優(yōu)于逆聯(lián)換熱工況。兼顧有效釋熱量和換熱速率，初步優(yōu)選的換熱工況為7管順連中2L/min和3L/min兩個子工況。
　　為進一步優(yōu)選換熱工況，進行了數(shù)值模擬。首先將數(shù)值結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比，分析了典型工況的溫度場及液相率分布場，結(jié)果顯示考慮自然對流效應(yīng)對相變材料內(nèi)部傳熱的影響才能使數(shù)值模擬得到的PCM溫度分布接近于實際。其次，對盤管數(shù)目及流量進行了優(yōu)選分析，優(yōu)選串聯(lián)盤管數(shù)目時，綜合考慮有效釋熱量和蓄熱密度，

5、5L/min進水流量下，7管增至9管時，有效釋熱量同比提高11.49％，但單位罐體體積蓄熱密度同比減小16.39％;優(yōu)選進水流量時，發(fā)現(xiàn)2L/min、2.33L/min、2.66L/min共3個流量工況下的有效釋熱量與有效蓄熱量接近。最終，選擇7管順連，2.33L/min子工況作為設(shè)計的管殼式蓄熱裝置的優(yōu)選換熱工況。
　　最后，基于實驗與模擬得到的優(yōu)選工況，對實際用熱規(guī)模的案例其進行了成本和收益估算，并通過凈現(xiàn)值、投資回收期和內(nèi)部