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热管式相变蓄热换热器储/放能过程中传热特性的实验研究.doc

热管式相变蓄热换热器储/放能过程中传热特性的实验研究

思念诠释你我de距离
2017-10-08 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《热管式相变蓄热换热器储/放能过程中传热特性的实验研究doc》,可适用于综合领域

热管式相变蓄热换热器储/放能过程中传热特性的实验研究热管式相变蓄热换热器储,放能过程中传热特性的实验研究第卷第期年儿月工程热物理JURNALFENGINEERINGTHERMOPHYSICSVlNONOV,热管式相变蓄热换热器储放能过程中传热特性的实验研究王增义,刘中良,马重芳,(传热强化与过程节能教育部重点实验室,北京工业大学环境与能源工程学院,北京传热与能源利用北京市重点实验室,北京工业大学环境与能源工程学院,北京)摘要将热管作为换热元件应用于相变蓄热系统中,研制了一套热管式相变蓄热换热器采用石蜡作为蓄热材料,对其储,放能过程即内部石蜡的融化与凝固过程进行了实验研究测定了储,放能过程中不同时刻换热器内石蜡的温度分布改变供,取热流体参数,分析了供取热流体的入口温度与流量对换热器储放能过程的影响分析了储,放能过程中能量随时间的变化情况结果表明,热管在本换热器内极好地发挥了换热元件的作用,换热器运行状况良好,各项功能均能较好地实现关键词凝固热管融化石蜡相变蓄热中图分类号:TKI文献标识码:A文章编号:X()EXPERIMENTALSTUDYoNHETTRANSFERCHARACTERISTICSoFTHEPRocEssoFCHARGINGDISCHARGINGoFAHEATPIPEHEATEXCHANGERWITHLATENTHEATSToRAGEWANGZengYi,LIUZhongLiang,MAChongFang,(EnhancedHeatTransferandEnergyConservationKeyLabofMinistryofEducation,CollegeofEnvironmentalandEnergyEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing,ChinaHeatTransferandEnergyConversionKeyLabofBeijingEducationCommission,CollegeofEnvironmentalandEnergyEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing,China)AbstractUsingheatpipesastheheattransfercomponentinlatentheatthermalenergystoragesystem,asetofheatpipeheatexchangerwithlatentheatstoragewasdesignedandmanufacturedParaffinwasadoptedasphasechangematerial(PCM),andaseriesofexperimentsaboutcharging(melting)anddischarging(solidification)ofthedevicewereperformedwiththetemperaturedistributionofparaffingotfromtheseexperiments,theanalysisoftheeffectsoftheinletwatertemperatureandwaterflowrateonthecharginganddischargingprocesswerecarriedoutEnergystoredrecoveredversetimeduringcharginganddischargingwerepresentedTheresultsshowthatheatpipeplaysitsfullrolethedeviceworkswelandallitsfunctionscanberealizedKeywordssolidificationheatpipemeltingparaffinlatentheatthermalenergystorage前言在能量利用系统中,选择合适的储能装置既可提高运行管理效率,还有助于调节供,需双方在时间,地点,强度等方面的不匹配现象潜热储存系统因具有储热密度高,相变过程近似等温等优良特性而受到了普遍关注,并在许多领域内得到了广泛应用潜热储存中,固一液式相变蓄热因具有相变过程中体积变化较小,容器所承受的压力不大等优点而颇受青睐许多学者也设计了不同结构形式的固一液式的潜热储存系统Shamsundar和srinasan【J设计了壳一管式蓄收稿日期:修订日期:基金项目:国家项目资助(NoG)国家自然科学基金项目资助(No)北京市自然基金项目资助(No)国家科技攻关项目资助(NoBAA)作者简介:王增义(),男,山东莱芜人,硕士,主要从事新能源的开发与利用工程热物理卷热换热器,并对其储放能过程进行了的研究Banaszek等人对采用螺旋式结构的储能装置进行了理论与实验研究上面所列的不同形式的蓄热式换热装置,它们均采用盛装相变材料容器的壁面作为装置的换热表面,容器的材料在很大程度上决定了系统或装置的性能Bogdan等人对采用热管的相变蓄热换热器的凝固过程进行了理论计算吕其岗等人也曾对采用热管的蓄热式换热器进行过研究本文借鉴了以往热管在蓄热方面的理论与应用,设计了一套热管式相变蓄热换热器,采用石蜡作为相变材料,对其充放能过程即内部相变材料的融化与凝固过程进行了实验研究热管式相变蓄热换热器图l给出了本热管式相变蓄热换热器的结构简图及内部测温热电偶的布置可以看到,本装置分为上,中,下三部分其中,上部分为取热流体的通道中间部分为储能室,用来盛装相变材料下部为供热流体通道三部分之间相互独立,互不相通作为换热元件的热管(外壁加装了环形肋片)自上而下贯穿三个区域,在其中起到热量传递的作用因采用分段式的设计,本换热器可以实现单纯储能(功能I),单纯放能(功能II)及供热流体供热与取热流体取热同时进行(功能III)的功能,而功能III又有多种运行模式(本文仅对功能I与功能II进行研究)图热管式相变蓄热换热器及测温热电偶布置本实验研究中,我们采用石蜡作为相变材料实验时,我们分别改变供,取热流体的入口温度与流量对热管式相变蓄热换热器进行了研究结果及分析储能过程中石蜡温度随时间变化情况图给出了供热流体入口温度为C,流量为kgmin条件下,换热器内部不同测点处石蜡温度随时间的变化情况在初始时间段内,石蜡从热管管壁所吸收的热量主要用于其自身温度的提高,以显热的形式储存起来此外,在热管外壁加装的环形肋片也起到了强化传热的作用,故其温度变化较快进入融化阶段,石蜡在相变过程中需要吸收大量的潜热,所以该阶段石蜡温度随时间的变化缓慢随着融化过程的进行,在管壁与固相介质之间出现液体层,从而出现自然对流其大小决定于热管管壁与固液界面之间的温差与距离石蜡融化数量的增加与两者之间的距离加大,使浮升力的影响逐渐增大,自然对流的作用得到加强或为控制因素融化完毕后,对流的作用更加明显【,】从图可以看出,各点处的石蜡发生相变后,其温度均出现了不同程度的跳跃,当距管壁最远处的相变介质发生相变后,整个温度场很快趋于均匀放能过程中石蜡温度随时间变化情况图给出了取热流体入口温度为C,流量为kgmin条件下,放能过程中石蜡的温度随时间变化的情况由图可以看出,取热过程刚启动时,在很短的时间内,石蜡迅速由初始温度降低至相变温度,该段为其显热释放阶段凝固开始后,温度曲线的变化较为缓慢,这在TC处表现尤为明显,为其潜热释放阶段之后,随着实验过程的进行,热量经热管被不断的转移至取热流体中,整个温度场逐渐趋于均匀赠图储能过程中石蜡温度随时间变化情况世赠图放能过程中石蜡温度随时问的变化情况流体入口温度对储,放能过程的影响图给出了不同供热流体入口温度下,储能过程中TC测点处石蜡的温度随时间的变化情况,由图中可以看出,随着入口温度的升高,TC测点处的温度随时间的变化速度增大,温升更快图给出了不同取热流体入口温度下,放能过程中TC测点处石蜡的温度随时间的变化情况可以看出,在液态显热的释放阶段,即实验初始阶段,取热流体入口温度对石蜡温度变化的影响并不是很明显进入相变潜热的释放阶段,取热流体入口温期王增义等:热管式相变蓄热换热器储放能过程中传热特性的实验研究度对石蜡温度变化的影响逐渐加大而随着过程的进行,在石蜡固态显热的释放阶段,入口温度对石蜡温度随时间变化的影响已经非常明显娟图不同入口温度下TC处温度随时间变化情况的比较(供热流体:kgmin)赠图不同入口温度下TC处温度随时间变化情况的比较(取热流体:kgmin)流体的流量对储,放能过程的影响图给出了供热流体的流量对石蜡温度随时间变化的影响情况图给出了取热流体流量对换热器内石蜡温度随时间变化的影响情况由图中可以看出,在实验所采用的范围内,供,取热流体的流量对TC处温度的影响不是很明显这是因为,在实验流量条件下,流速较小,属于层流区范围,由流体外掠圆管对流换热知,换热系数与流速的次幂成正比,影响程度较小赠图不同流量下TC处温度随时间变化情况比较(供热流体入口温度:C)图不同流量下TC处温度随时间变化情况比较(取热流体入口温度:C)储,放能过程中能量曲线分析图给出了储能及放能过程中能量随时间的变化情况储能过程中,在初始阶段,供热流体与蓄热介质一石蜡之间的温差较大,两者之间的热传递速率较高,蓄热速度较快随着石蜡温度的升高,与供热流体之间的温差逐渐减小,蓄热速度随之逐渐减小同样在放能过程中,能量的释放速度也是逐渐降低的由《图储,放能过程中能量储存曲线储能过程一流体入口温度:C,流量:kgmin放能过程一流体入口温度:C,流量:kgmin结论()热管在本相变蓄热换热器中确实发挥了传热元件的作用,本热管式相变蓄热换热器能够较好地实现能量储存与能量释放两个基本功能()供取热流体入口温度与流量是影响本热管式相变蓄热换热器性能的两个重要因素,而入口温度的影响程度更大()随着储,放能过程的进行,能量的储存与释放速度逐渐降低参考文献【】ShamsundarN,SrinivasanRAnalysisofEnergyStoragebyPhaseChangewithanArrayofCylindricalTubesIn:ProcASMEWinterAnnualMeetSanFranciscoCAUSA,【】BanaszekJ,DomanskiR,RebowM,E一SagierFExperimentalStudyofSolidLiquidPhaseChangeinaSpiralThermalEnergyStorageUnitAppliedThermalEngNneering,,V:【】HorbaniucBogdan,GheorgheDumitrascuandAristotelPopescuMathematicalModelsfortheStudyofSolidificationWithinaLongitudinallyFinnedHeatPipeLatentHeatThermalStorageSystemEnergyConversionandManagement,,(,):【】吕其岗,吴丰,司秀丽风力致热系统中的一种新型具有"弹性"的热管使贮热装置新能源,,():【】AhmetSari,KamilKaygusuzThermalPerformanceofPalmiticAcidasaPhaseChangeEnergyStorageMateriaEnergyConversionandManagement,,:【】AhmetSari,KamilKaygusuzThermalEnergyStorageSystemUsingStearicAcidasaPhaseChangeMateriaSolarEnergy,,():

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