相變蓄熱水箱的設(shè)計(jì)及其運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、相變材料是指在其物態(tài)發(fā)生變化時(shí)候所吸收（釋放）大量熱量用于能量?jī)?chǔ)存的材料，相變儲(chǔ)能是以相變材料為基礎(chǔ)的新興儲(chǔ)能技術(shù)。將相變材料制成相變單元放置于水箱中，可提高水箱儲(chǔ)能密度、減小水箱體積和提供穩(wěn)定的能量。在余熱回收、新能源利用和電力調(diào)節(jié)等方面的應(yīng)用具有顯熱蓄熱難以比擬的優(yōu)勢(shì)。以實(shí)驗(yàn)作為主要的研究手段，從相變材料的遴選、制備、相變蓄熱水箱的設(shè)計(jì)到相變蓄熱水箱的運(yùn)行特性進(jìn)行了研究。
　　 首先分析了相變蓄熱材料應(yīng)用于水箱蓄熱的可行性，

2、對(duì)比分析同一體積的常規(guī)蓄熱水箱和相變蓄熱水箱之間的蓄熱量差別，并以肉豆蔻/膨脹石墨為例，計(jì)算出臨界蓄熱溫差為103.1℃，驗(yàn)證了相變蓄熱水箱的技術(shù)可行性。分析了相變蓄熱水箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，設(shè)計(jì)了幾種水-相變材料一次換熱型和水-相變材料-水二次換熱型相變蓄熱水箱模型，并闡述了各自的運(yùn)行機(jī)理。
　　 其次，綜合考慮相變材料的熱性能、物理性能、化學(xué)性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，確定出相變蓄熱水箱所采用的相變材料為肉豆蔻酸，并測(cè)試了肉豆蔻酸的熱物性參數(shù)

3、。針對(duì)肉豆蔻酸導(dǎo)熱性能較差的特點(diǎn)，首先采用添加石墨粉末對(duì)肉豆蔻酸進(jìn)行強(qiáng)化傳熱，多次熱循環(huán)之后添加石墨粉末出現(xiàn)材料分層，最終確定了制備肉豆蔻酸/膨脹石墨復(fù)合相變材料作為強(qiáng)化傳熱的方法，研究了肉豆蔻酸和膨脹石墨的最佳比例，測(cè)試了肉豆蔻酸/膨脹石墨復(fù)合相變材料的熱物性能，并研究了該材料置于球形單元的蓄放熱特性。
　　 最后，基于一種圓柱體堆積床相變蓄熱水箱，搭建了用于測(cè)試相變蓄熱水箱運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并測(cè)試了單個(gè)圓柱形不銹鋼相變單元

4、的蓄放熱特性，對(duì)圓柱形不銹鋼相變單元的尺寸進(jìn)行了優(yōu)化研究，確定出應(yīng)用于相變蓄熱水箱的圓柱形不銹鋼相變蓄熱單元的合適尺寸。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了相變蓄熱水箱的多工況實(shí)驗(yàn)研究，主要包括不同蓄熱溫度下的熔化蓄熱實(shí)驗(yàn)、不同數(shù)量相變單元的凝固放熱實(shí)驗(yàn)和水箱內(nèi)不同補(bǔ)水速率下相變單元的凝固放熱速率。分析了不同數(shù)量相變單元的熱水出口溫度的變化情況，建立了一套相變蓄熱水箱運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)研究體系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:相變單元的較優(yōu)尺寸為直徑60mm，相變蓄熱水箱內(nèi)最