相變蓄能水箱的數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、太陽能分布最廣，蘊藏量大，作為一種可再生能源具有廣闊的發(fā)展前景。太陽能熱水系統(tǒng)是目前應(yīng)用最為廣泛的太陽能利用技術(shù)。高效蓄能是充分利用太陽能的關(guān)鍵。傳統(tǒng)太陽能熱水系統(tǒng)中以水為蓄熱介質(zhì)，蓄能密度較低，只能通過增大蓄能體積來滿足較大的熱量需求。利用相變材料的相變潛熱蓄能可以提高蓄能密度，增加單位體積蓄能量，提高太陽能熱水系統(tǒng)性能。本文對太陽能蓄熱水箱中加入相變模塊來提高太陽能熱水系統(tǒng)釋能性能進行了實驗研究與數(shù)值模擬，分析了相變材料的在蓄熱水箱

2、中的含量與放置位置對水箱蓄能/釋能性能的影響，從而為相變蓄能水箱的研究和應(yīng)用設(shè)計提供參考。
　　本文建立了蓄熱水箱性能研究平臺，在蓄熱水箱中放入相變蓄能模塊，實驗研究相變蓄能水箱（PCM/水復合蓄能水箱）連續(xù)釋能過程條件下的釋能性能。由于石蠟類有機相變材料化學性質(zhì)穩(wěn)定，本文選用RT58石蠟作為研究相變材料。對比分析了普通水箱和相變蓄能水箱在不同流量條件下的釋能性能。
　　(1)研究了不同相變模塊含量對水箱釋能性能的影響。實驗

3、研究了普通水箱、相變模塊數(shù)N=10和N=20的相變蓄能水箱在不同流量條件下的釋能性能。在5L/min時，普通水箱相比相變水箱內(nèi)部表現(xiàn)出較好的溫度分層，并且相變模塊數(shù)目越多，釋能過程中水箱內(nèi)部溫度分層越差，主要由于在水箱上部加入相變模塊后，水箱內(nèi)自由流動區(qū)域縮小，進口水流對水箱內(nèi)部的擾動作用增大;相變模塊占據(jù)了水箱的部分體積，相變模塊蓄積的熱量不能像水一樣直接釋放出來，導致相交蓄熱水箱的釋放的熱量及熱水(Tout≥45℃)量比普通水箱較少

4、;隨著釋能流量的增大，相變蓄能水箱的釋能性能和普通水箱差距愈加明顯;當流量為10L/min時，相變模塊數(shù)為N=10和N=20的相變蓄能水箱的有效釋能效率比普通水箱的釋能性能低10.9％和17.0％。釋能過程結(jié)束之后，相變材料對冷水具有一定的加熱作用。釋能過程結(jié)束1小時內(nèi)，相變模塊數(shù)N=20的蓄熱水箱頂部約17L水溫度上升13.6℃。對于用戶再次使用熱水，相變模塊的再熱作用可以減少輔助加熱能耗。
　　(2)研究了相變蓄能模塊在水箱內(nèi)

5、不同位置時對蓄熱水箱釋能性能的影響。相變模塊在水箱中的位置分為下部、中部和上部，距水箱底部分別為20cm、45cm和70cm。實驗結(jié)果表明相變模塊在下部位置時，釋能過程中水箱內(nèi)部表現(xiàn)出較好的溫度分層效果;相變模塊在下部位置時，能夠抑制進口水流造成的擾動，減少冷熱水混合，從而使得水箱產(chǎn)生的可利用的熱水較多。隨著流量的增大，相變模塊位置對水箱釋能性能產(chǎn)生的影響增大。當流量為5L/min時，上部、中部和下部相變模塊位置的相變蓄熱水箱的釋能效率

6、分別為81.9％、82.2％和82.9％;當流量增大為15L/min時，上部、中部和下部相變模塊位置的相變蓄熱水箱的釋能效率分別為59.3％、63.7％和70.9％。再熱過程中相變模塊的位置越低，相變模塊加熱的冷水量越多，但溫升降低。利用FLUENT模擬軟件建立了三維數(shù)值模擬模型并進行求解計算，數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果相互吻合，可以采用數(shù)值模型做進一步計算分析。
　　(3)提出利用孔板來提高相變蓄熱水箱的釋能性能，采用孔板支架的相變