高温相变储热装置充放热过程的数值模拟

摘要

随着太阳能热发电技术的发展，热能的储存技术日益引起人们的重视，它的利用所带来的节能和环保效益是巨大的，在储能材料中相变材料是应用最广泛的。金属相变材料所具有的优点能够大大简化新一代太阳能储热系统的结构，降低设备成本，提高系统的可靠性。而基于Al-Si-Cu-Mg-Zn高温相变储热材料在相变温度、储热密度、使用寿命等方面更适合做太阳能热发电系统中的储热材料。对高温储热装置进行热分析是储热装置系统设计的基础，在储热装置的充、放热过程中都伴随着相变、熔化、凝固、传热等复杂的变化。当储热装置处于充热过程中，热流体的温度高于基于Al-Si-Cu-Mg-Zn高温相变储热材料的温度，相变材料吸收热流体释放的热量，发生熔化从固态变为液态；当流体温度低于相变材料的相变温度时，相变材料释放热量给冷流体，发生凝固从液态变为固态，从而形成一个循环。因此通过相变热分析得到相变材料在各时间段的径向温度分布、轴对称高度方向温度分布、总温度分布及节点温度随时间变化的曲线图，通过模拟了解储热介质的物理性质～相变材料管道尺寸与外壁的边界条件对充、放热过程的影响等，不断总结规律，优化储热材料和储热系统的设计。
　　 本研究在管道半径分别为70mm和50mm的情况下，模拟了在两种不同管径尺寸下相变储热装置在充放热过程中详尽的沿径向、轴对称高度方向路径温度分布以及总的温度分布，并分析总结了管径尺寸在充热过程中对温度随时间变化规律的影响。储存相变材料的管道尺寸半径为50mm时充放热效果较好。通过比较两种相变材料在充热过程中沿径向、轴对称高度方向以及总的温度分布的变化情况可以看出，以ZL102为相变材料的储热装置充热效果较好，并且经历固(液)态显热储(释)热以及潜热储(释)热两个过程的时间明显比以BC1为相变材料的装置所耗费的时间短，因此以ZL102为相变材料的充放热性能要优于储存BC1的储热装置，所以在选择储热材料时还是优先选择ZL102。综合分析表明，管径尺寸减小，选用相变潜热较大的ZL102为储热材料时，储热装置更适合太阳能储热系统的设计。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 概述

1.1.1 高温相变储热装置模拟技术的国内发展概况

1.1.2 高温相变储热装置模拟技术的国外发展现状和趋势

1.2 相变储能技术

1.2.1 蓄热方式

1.2.2 相变的形式和特征

1.3 数值模拟

1.4 选题的意义、目的和研究内容

1.4 选题的意义

1.4.2 选题的目的

1.4.3 已有研究工作的不足

1.4.4 选题的研究内容

第2章 相变传热模型

2.1 数学描述

2.1.1 温度法模型

2.1.2 焓法模型

2.2 基本假设和数学模型

2.2.1 基本假设

2.2.2 数学模型

2.3 相变材料充放热的计算

第3章 高温储热装置充热过程的数值模拟

3.1 不同管道尺寸对高温储热装置充热过程的影响

3.1.1 不同管道尺寸对径向温度分布的影响

3.1.2 不同管道尺寸对轴对称高度方向温度分布的影响

3.1.3 不同管道对充热过程中相变规律的影响

3.1.4储热装置在不同管道尺寸下对节点温度随时间变化曲线图的影响

3.2 不同储热材料对高温储热装置充热过程的影响

3.2.1 以BC1为相变材料的径向温度分布

3.2.2 以BC1为相变材料的轴对称高度方向温度分布

3.2.3 不同相变材料对充热过程中相变温度变化规律的影响

3.2.4 储热装置在不同储热材料下对节点温度随时间变化曲线图的影响

3.3 本章小结

第4章 高温储热装置放热过程的数值模拟

4.1 不同管道尺寸对高温储热装置放热过程的影响

4.1.1 不同管道尺寸对径向温度分布的影响

4.1.2 不同管道尺寸对轴对称高度方向温度分布的影响

4.1.3 不同管道尺寸对放热过程相变温度的影响

4.1.4 不同管道尺寸对节点温度随时间变化曲线图的影响

4.2 不同储热材料对高温储热装置放热过程的影响

4.2.1 以BC1为相变材料的径向温度分布

4.2.2 以BC1为相变材料的轴对称高度方向温度分布

4.2.3 不同相变材料对放热过程中相变温度变化规律的影响

4.2.4 不同储热材料对节点温度随时间变化曲线图的影响

4.3 本章小结

第5章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

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