管殼式相變蓄熱谷電利用裝置熱性能實(shí)驗(yàn)及模擬研究.pdf

1、近年來(lái)，我國(guó)建筑用熱能耗逐年攀升，用電峰谷差逐年增大，導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)峰問(wèn)題日漸突出，發(fā)展高效、靈活適用的儲(chǔ)能技術(shù)以削峰填谷，可以大幅提高電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力，對(duì)我國(guó)的能源安全與節(jié)能減排具有重大意義。針對(duì)谷電蓄熱時(shí)電能轉(zhuǎn)化為熱能輸出到用熱端的整機(jī)效率不高，使谷電蓄熱裝置的推廣應(yīng)用受到限制，以及因相變材料導(dǎo)熱系數(shù)低而使得蓄存的熱能難以取出的問(wèn)題，本文對(duì)相變蓄熱谷電利用裝置的熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究，并對(duì)實(shí)際用熱規(guī)模的算例進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析，為相變

2、蓄熱谷電利用場(chǎng)景的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用提供有益參考。
　　本文建立了相變蓄熱谷電利用裝置熱性能研究平臺(tái)，遴選出十二水硫酸鋁銨作為相變材料，壓鑄鋁電加熱板作為熱源，管殼式蓄熱箱體作為換熱結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)著眼于蓄熱、儲(chǔ)熱、放熱三個(gè)過(guò)程。蓄熱過(guò)程，探究得到引起相變材料在周向和軸向上溫升趨勢(shì)不同及相態(tài)變化不同的原因主要有3個(gè):相變材料距離熱源的距離、相變材料初溫及自然對(duì)流效應(yīng)的大小。重點(diǎn)關(guān)注放熱過(guò)程，探討了三大變工況對(duì)蓄熱裝置放熱性能的影響:

3、變流量工況下，有效釋能時(shí)間和有效釋能效率與流量成反比例關(guān)系，只有2L/min、3L/min兩個(gè)流量工況可以有效提取相變材料蓄存的熱量;變串聯(lián)盤管數(shù)目工況下，隨著盤管數(shù)目的增加，有效釋能時(shí)間和有效釋能效率都逐漸增大，且5管增至7管帶來(lái)的換熱性能提升最明顯，7管順連，2L/min子工況的有效釋能時(shí)間和有效釋能效率分別為179.2min、91.3％，較7管順連，3L/min子工況分別提升97％、39.7％;變串聯(lián)盤管順序工況下，盤管順聯(lián)工況的

4、有效釋能效率和放熱效能都優(yōu)于逆聯(lián)換熱工況。兼顧有效釋熱量和換熱速率，初步優(yōu)選的換熱工況為7管順連中2L/min和3L/min兩個(gè)子工況。
　　為進(jìn)一步優(yōu)選換熱工況，進(jìn)行了數(shù)值模擬。首先將數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析了典型工況的溫度場(chǎng)及液相率分布場(chǎng)，結(jié)果顯示考慮自然對(duì)流效應(yīng)對(duì)相變材料內(nèi)部傳熱的影響才能使數(shù)值模擬得到的PCM溫度分布接近于實(shí)際。其次，對(duì)盤管數(shù)目及流量進(jìn)行了優(yōu)選分析，優(yōu)選串聯(lián)盤管數(shù)目時(shí)，綜合考慮有效釋熱量和蓄熱密度，

5、5L/min進(jìn)水流量下，7管增至9管時(shí)，有效釋熱量同比提高11.49％，但單位罐體體積蓄熱密度同比減小16.39％;優(yōu)選進(jìn)水流量時(shí)，發(fā)現(xiàn)2L/min、2.33L/min、2.66L/min共3個(gè)流量工況下的有效釋熱量與有效蓄熱量接近。最終，選擇7管順連，2.33L/min子工況作為設(shè)計(jì)的管殼式蓄熱裝置的優(yōu)選換熱工況。
　　最后，基于實(shí)驗(yàn)與模擬得到的優(yōu)選工況，對(duì)實(shí)際用熱規(guī)模的案例其進(jìn)行了成本和收益估算，并通過(guò)凈現(xiàn)值、投資回收期和內(nèi)部