太陽能化學蓄熱傳熱過程的熱力學研究.pdf

1、太陽輻射的能量密度大約為1kW/m2，是人類急需開發(fā)的巨大能源。其大幅的有效利用將顯著降低人類對化石能源的依賴，以減少化石能源的利用所帶來的環(huán)境污染，從而改善人類的生存環(huán)境。但是，太陽輻射到地球的能量是間隙性的，因此需要能量的儲存或轉換環(huán)節(jié)以滿足用戶的連續(xù)用能要求。對于太陽能熱利用，蓄熱技術一直是學術界的一個研究方向，熱量儲存的能量密度是制約蓄熱技術應用的一個關鍵問題，因此探索太陽能蓄熱新方法具有十分重要的實際意義。本文以一種有機物作為

2、化學蓄熱工質，研究其催化化學反應放熱過程，通過數(shù)值方法探索在反應放熱過程中的傳熱傳質規(guī)律，以獲得該放熱反應的動力學特性，供化學工質和催化劑的研究、反應器的開發(fā)與設計提供參考數(shù)據(jù)。本文利用光化學反應將太陽能轉換為化學能，在用能時采用催化反應將化學能轉換為熱能，以滿足用戶的用熱要求。
　　本文將催化反應床設置為圓柱體，通過對催化反應過程的理論分析，建立了催化反應過程的動力學模型。該模型屬于流動、傳熱、傳質傳遞的多物理場耦合求解問題，因

3、此本文采用COMSOL專業(yè)軟件對動力學模型進行數(shù)值計算。
　　本文數(shù)值計算結果表明，催化區(qū)域增大到某一臨界峰值之后，并不會影響反應放出熱量以及反應物濃度的變化。孔隙率越小，催化劑的比表面積越大，反應越能夠充分進行，但流動的阻力系數(shù)增大，對流動的阻礙影響越大?？紫堵实脑龃?，增加反應物的物質的量在催化管段區(qū)域的駐留時間，促進重整反應的進行，同時增大孔隙率也會弱化催化劑區(qū)域的導熱效果，使溫度下降抑制重整反應，兩者共同因素相互影響進而導致

4、使化學催化放熱反應存在峰值。
　　化學蓄熱反應器內的流速不能過快，否則化學反應還未反應徹底就已經(jīng)流過催化劑區(qū)域，導致反應放熱量小，反應器催化放熱管段的最高溫度隨著反應物入口速度的增加先增大后減小，存在峰值。
　　在反應溶液的流量和入口濃度一定的情況下，反應床的出口溫度隨反應熱的增大而升高，兩者成線性關系。顯然，反應熱過高將會產(chǎn)生較高的反應溫度，不利于安全使用。因此，在研究光化學工質時在追求高能量密度和高放熱溫度時應綜合考慮。