《相變儲能換熱器傳熱性能進展研究綜述論文》3900字

相變儲能換熱器傳熱性能進展研究綜述論文目錄TOC\o"1-2"\h\u1725相變儲能換熱器傳熱性能進展研究 13201引言 16408一、相變材料的分類 115725（一）國外相變材料的研究現(xiàn)狀 218434（二）國內(nèi)相變材料的研究現(xiàn)狀 332746二、相變蓄熱換熱裝置 421611（一）國外相變蓄熱換熱裝置的研究現(xiàn)狀 46312（二）國內(nèi)相變蓄熱換熱裝置的研究現(xiàn)狀 49058三、文獻評述 526320參考文獻 5摘要：隨著人類生活水平提高，人類消耗能源越來越多，而化石能源的消耗也造成氣候惡化，環(huán)境污染嚴重，所以越來越多的人開始關(guān)注新型能源開發(fā)和能源高效利用問題，而換熱器作為能量交換的重要設(shè)備在各行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。而蓄熱系統(tǒng)的發(fā)展是能源利用率提高的重要體現(xiàn)。蓄能就是把能量臨時貯存起來，以便在后期需要時重新加以利用，以解決能源供需矛盾。管殼式相變儲能換熱就是把二者良好的結(jié)合在一起。為此，本文在搜集以往學者成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)之上，對相變儲能換熱器傳熱性能相關(guān)知識進行了總結(jié)。關(guān)鍵詞：相關(guān)儲能；換熱器；傳熱引言光熱利用與光電利用均為太陽能的主要途徑。兩種利用方式的原理均為利用太陽能進行加熱，光電利用就是把太陽能集聚起來的熱用來發(fā)電再提供給居民，光熱利用就是把太陽能匯集起來的熱直接用來取暖和淡化海湖。在光電利用方面，由于天氣的不確定性、晝夜變化等原因，太陽能具有間斷性，這是太陽能存在的一大弊端，嚴重時造成太陽能發(fā)出的電能在并網(wǎng)時不夠平穩(wěn)，甚至對原有電力系統(tǒng)造成沖擊[1]。光熱利用時，先利用太陽能聚熱裝置對太陽能進行聚集，再利用傳熱介質(zhì)把聚集的熱傳遞給儲熱介質(zhì)，待需利用能量時，釋放儲熱介質(zhì)熱量。蓄熱系統(tǒng)還在很多實際項目中得到了豐富運用，如工業(yè)余熱回收、空調(diào)供暖系統(tǒng)等，能夠有效減輕電網(wǎng)負荷。很明顯，蓄熱裝置是太陽能光熱利用全過程中不可缺少的環(huán)節(jié)[2]。一、相變材料的分類相變蓄熱材料在相變蓄熱中占有很大比重。相變儲熱材料根據(jù)相變方式的不同可以分為固-固相變儲熱材料與固-液相變儲熱材料兩大類，根據(jù)化學性質(zhì)的不同又可以分為有機相變儲熱材料及無機相變儲熱材料，根據(jù)要求的溫度不同，可以分為高溫儲熱材料、中低溫儲熱材料兩大類[3]。圖1是相變蓄熱材料的分類示意圖。圖1相變蓄熱材料分類圖（一）國外相變材料的研究現(xiàn)狀相變儲能技術(shù)是建立在相變蓄熱材料基礎(chǔ)上的，相變材料具有儲熱密度高，放熱效率高等特點，并且在吸放熱時溫度相對恒定。現(xiàn)具有廣闊的應(yīng)用和研究前景，其研究熱點已集中在對蓄熱性能強、性價比高等相變材料的探索方面。就相變儲能技術(shù)研究而言，歐美國家比國內(nèi)研究得早，相變材料物性研究和儲熱應(yīng)用研究應(yīng)稍超前于國內(nèi)。為了降低冷負荷，RajatSaxena把建筑磚塊和相變材料組合在一起。將單層和雙層的PCM磚與傳統(tǒng)的磚進行對比實驗研究，通過數(shù)值研究的方法發(fā)現(xiàn)單層和雙層的PCM磚的溫度可以平均降低4~9.5°C，傳熱量減少了40%~60%[4]。將相變材料和夜間通風結(jié)合起來，被視為極具潛力的冷卻策略之一。JiangLiu等以一棟沒有空調(diào)的辦公樓為實例，探討相變材料結(jié)合夜間通風在中國西部10個城市過渡期及炎熱季節(jié)中的適用性。采用數(shù)值模擬方法確定了炎熱季節(jié)相變材料-夜間通風聯(lián)合作用下的最優(yōu)相變溫度及冷卻潛力。結(jié)果顯示，中國西部這10個城市的最佳相變溫度為25°C左右，相變材料與夜間通風相結(jié)合的方式適用于所有城市，相比于過渡季節(jié)單獨使用夜間通風技術(shù)會更舒適[5]。ChuanfeiShen等研究了一種簡單有效的水合鹽/石蠟復(fù)合相變材料制備方法，通過反相乳液模板法（PCM）制備水化鹽/石蠟復(fù)合相變材料，水化鹽和石蠟混合配制高性能混凝土。用纖維素海綿浸漬高性能混凝土，該材料熱穩(wěn)定性好，儲能密度高，過冷度小，相變燴達到227.3J/g，為探索具有高儲熱密度和高吸放熱效率儲能材料，提供一種全新的理論研究手段[6]。ZhiyongLiu等以模板法制備了四氯化錫和聚丙烯酸鈉共混多孔炭材料。再以這種混合多孔碳為載體材料和石蠟作為相變材料，制備出具有多孔炭狀石蠟相變材料。電鏡掃描，傅立葉變換紅外光譜，激光拉曼光譜和X射線衍射分析顯示多孔炭結(jié)構(gòu)吸附相變材料石蠟，并提高了石蠟的化學穩(wěn)定性[7]。（二）國內(nèi)相變材料的研究現(xiàn)狀我國對相變儲能技術(shù)的研究雖然起步晚，但是發(fā)展異常迅猛，特別是近年來，已經(jīng)取得了許多非常引人注目的成果。雷永康等人采用相變溫度64°C石蠟為相變材料，膨脹石墨為載體制備復(fù)合相變材料并通過數(shù)值研究對相變材料傳熱性能進行了研究[8]。表示加入質(zhì)量分數(shù)較高膨脹石墨能有效改善相變材料導(dǎo)熱效率。為探究相變材料對散熱器的作用，將此配比的復(fù)合相變材料添加到相變儲熱水箱內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相變儲熱所需時間縮短一半，相變潛熱為203.1J/g。胡榮榮等人采用懸浮聚合法以甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸，石蠟等為原料在50°C條件下制得相變微膠囊，利用差示掃描量熱儀對微膠囊的結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性進行了研究[9]。結(jié)果表明：甲基丙烯酸含量90%時，乳化劑含量5%時，芯壁比2:1時，經(jīng)過5h聚合可以制備出形狀好，相變潛熱達112.95J/g的相變微膠囊。黃莉?qū)⒌蜏厥炁c水混合作為相變儲熱液配制相變?nèi)橐?，并探討石蠟，成核劑及表面活性劑用量對相變?nèi)橐簾嵝阅苡绊懸?guī)律，研究發(fā)現(xiàn)，所制相變?nèi)橐簝崮芰Ρ人?~6倍、過冷度低于2K、熱穩(wěn)定性良好[10]。蔡莞晨等人利用Fluent軟件對石蠟熔化特性進行數(shù)值模擬，再與實驗數(shù)據(jù)比較探討[11]。研究表明：網(wǎng)格密度對于熔化過程模擬幾乎沒有影響。另外，熔煉過程被劃分為2個階段，各部位溫度場曲線和試驗比較結(jié)果具有不同程度的一致性。二、相變蓄熱換熱裝置（一）國外相變蓄熱換熱裝置的研究現(xiàn)狀QiLi和其他學者描述了適合200~1000°C高溫使用的熔鹽相變材料研究狀況，并研究了以熔鹽為相變材料時管殼式相變儲能換熱器傳熱效率，提出一種改善相變材料傳熱性能、優(yōu)化管殼式換熱器性能的工藝途徑[12]。Guo-HuaShi等研究了采用太陽能輔助熱泵（DX-SAHPV）的LPG氣化系統(tǒng)相變蓄熱裝置，選用石蠟PCM作為相變材料，最佳半徑60mm；采用Fluent軟件模擬相變儲熱器結(jié)構(gòu)。對儲熱過程及釋放過程相變速率及對應(yīng)溫度分布進行了分析，并對其進行了經(jīng)濟分析，討論了相變儲熱裝置蓄熱量的優(yōu)化問題[13]。MiroslawZukowski著重對通風管道內(nèi)密封石蠟的傳熱與傳質(zhì)過程進行了研究與分析，獲得了一種數(shù)學模型及數(shù)值解。針對各工況條件區(qū)間，給出了近似估計PCM比熱與溫度函數(shù)關(guān)系的新思路。用控制體積有限差分法求解三維瞬態(tài)熱分析方程組及對應(yīng)的邊界條件、初始條件等，最后所得凝固/熔化過程理論模擬結(jié)果趨于物理實際[14]。ShatikianV等用Fluent軟件模擬水平板相變換熱器傳熱特性，并建立二維及三維模型，設(shè)置3種不同間距板型并引入無量綱準則數(shù)分析水平板換熱器溫度場與流場，研究表明水平板換熱器傅里葉數(shù)與斯蒂芬數(shù)對于換熱數(shù)與熔化率影響較大，間距越大翅片模型自然對流的影響越大[15]。（二）國內(nèi)相變蓄熱換熱裝置的研究現(xiàn)狀王巍巍通過數(shù)值模擬研究管殼式換熱器儲熱單元吸放熱傳熱特性，證實傳熱流體進口溫度、進口流量對吸放熱特性參數(shù)有很大影響[16]。李偉等用數(shù)值模擬槽型中水平圓管外部相變蓄熱過程，并與試驗數(shù)據(jù)對比，證明數(shù)學模型是可靠的[17]。徐偉強對微重力條件下相變蓄熱過程進行了數(shù)值模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果建立了更符合實際的空穴分布模型[18]。曾艷等加自然對流傳熱系數(shù)于固-液相變儲熱數(shù)學模型，數(shù)值模擬結(jié)果與實驗所測溫度場對比，論證自然對流對相變蓄熱的影響是不能忽略的[19]。吳志根等通過將不同物質(zhì)與儲熱系統(tǒng)相結(jié)合的試驗，證實金屬泡沫、膨脹石墨在相變儲熱系統(tǒng)中能發(fā)揮優(yōu)化換熱作用[20]。楊鶯等制成傳熱效率專用設(shè)備，對不同參數(shù)和不同相變材料進行吸放熱效率分析[21]。劉馨等把蓄熱墻體和太陽能空氣集熱器組合在一起，再通過試驗研究發(fā)現(xiàn)二者組合在一起能達到節(jié)能目的[22]。三、文獻評述國內(nèi)外對管殼式相變儲能換熱器研究多限于單純的裝置模擬或者二維數(shù)值模擬分析等，從某種程度上講，其結(jié)論存在局限性且精度較高。將相變儲能技術(shù)與管殼型蓄熱換熱裝置相結(jié)合，構(gòu)建了管殼型相變蓄熱換熱裝置三維數(shù)值模型并對其進行六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分將使得模擬結(jié)果更加準確。參考文獻[1]韓芳.我國可再生能源發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望[J].可再生能源,2010,28(4):137-140.[2]趙楠,李江華.中國地區(qū)能源利用效率統(tǒng)計測度與實證研究[M].北京:中國統(tǒng)計出版社,2015.[3]李靜,王柵,傅良疆.相變儲熱材料在工程中的應(yīng)用和發(fā)展[J].科技經(jīng)濟導(dǎo)刊,2016(25):76-77.[4]RajaSaxena,DibakarRakshit,S.C.Kaushik.ExperimentalassessmentofPhaseChangeMaterial(PCM)embeddedbricksforpassiveconditioninginbuilding[J].RenewableEnergy,2020,149.[5]JiangLiu,YanLiu,LiuYang,TangLiu,ChenZhang,HongDong.ClimaticandseasonalsuitabilityofphasechangematerialscoupledwithnightventilationforofficebuildingsinWesternChina[J].RenewableEnergy,2020,147[6]ChuanfeiShen,XiangLi,GuoqingYang,YanbinWang,LunyuZhao,ZhipingMao.Shape-stabilizedhydratedsalt/paraffincompositephasechangematerialsforadvancedthermalenergystorageandmanagement[J].ChemicalEngineeringJournal,2020,385.[7]ZhiyongLiu,ChuyueZang,ZhichengJu,DanHu,YunshengZhang,JinyangJiang,ChengLiu.Consistentpreparation,chemicalstabilityandthermalpropertiesofashape-stabilizedporouscarbon/paraffinphasecha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