论文部分内容阅读
可再生能源在以可持续的方式提供能源服务方面发挥着重要的作用,但是可再生能源的不稳定性和间歇性是其应用过程的主要的障碍之一,当生产和需求周期不匹配时,无法提供稳定可靠的能量。相变蓄热具有蓄热密度大、相变过程中温度稳定等特点,是一种可以通过制定峰值负荷转移策略来帮助消除这种不匹配的技术。但是相变材料导热系数较低导致系统蓄放热效率普遍较低是制约其发展的主要因素。针对此问题,本文通过实验,使用导热增强填料增加相变材料的导热系数,并探究了最佳配制方法和配制比例;其次利用商业软件Fluent对比研究了梯级相变蓄热器与单级相变蓄热器蓄放热过程中的传热特性;最后探究了传热流体入口流速对梯级相变蓄热器热性能的影响。本文首先制备了MgSO4·7H2O,MgSO4·7H2O-KAl（SO4）2·12H2O二元相变材料,MgSO4·7H2O-NH4Al（SO4）2·12H2O二元相变材料三种相变材料,对比分析了相特征,相变温度、相变潜热、导热系数,过冷度等热物理性能。MgSO4·7H2O-KAl（SO4）2·12H2O二元相变材料相变温度79.4°C,相变潜热189.5 kJ/kg,过冷度2.2°C,相比其他两个相变材料,热物理性能更适合作为设计梯级相变蓄热器的第一级。其次,通过向MgSO4·7H2O-KAl（SO4）2·12H2O二元相变材料中添加膨胀石墨（EG）,以提高其的导热系数。使用直接混合,熔融浸渍,超声振荡,真空吸附四种方法配制不同EG-MgSO4·7H2O-KAl（SO4）2·12H2O复合相变材料,测试发现熔融浸渍法复合均匀,且对相变材料的蓄热性能的影响较小,可以作为理想的配置方法。通过对比含有不同质量分数膨胀石墨的复合相变材料的热物理性能,发现膨胀石墨的添加对相变材料相变温度影响较小,随着其质量分数的逐渐提高,材料导热系数逐渐增加,但是增幅逐渐缩小。7.5wt.%EG的复合相变材料相变温度79.4°C,潜热175.8 kJ/kg,过冷度1.3°C,导热系数可达2.53 W/（m·K）,比纯MgSO4·7H2O-KAl（SO4）2·12H2O二元相变材料提高了314%。本文设计了以EG-MgSO4·7H2O-KAl（SO4）2·12H2O复合相变材料,硬脂酸,60#石蜡作为三级的梯级相变蓄热器,相变温度分别为79.4°C,71°C,61.3°C。通过对比单级相变蓄热器和梯级相变蓄热器的蓄热量,蓄放热时间,蓄热效率以及热回收效率等。发现相比于只是用硬脂酸或只是用60#石蜡的单级相变蓄热器,设计梯级相变蓄热器的理论最大蓄热量分别提高16.85%和11.80%,相变材料熔化耗时缩短了50.42%和12.30%,凝固耗时缩短了54.64%,49.39%。最后,探究了不同传热流体入口流速时,梯级相变蓄热器的动态特性,发现传热流体入口速度对蓄热器的热回收效率影响较小,当传热流体流速为1 m/s时,设计梯级相变蓄热器中各级相变材料熔化过程几乎同步进行,相变材料完全熔化所需时间最短,比流速为0.5 m/s时低15.15%,比流速为2.5 m/s时低11.55%。