【摘要】：我國工業(yè)煙氣余熱資源豐富,回收利用煙氣余熱是實現(xiàn)生產(chǎn)中節(jié)能減排的重要一環(huán)。在工業(yè)用能中,能量品位較高的煙氣余熱利用較好,而較低的中低溫?zé)煔庥酂釙苯优欧诺?造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。本文以利用較低品位煙氣余熱的相變儲熱換熱器為研究對象,以提高相變儲熱換熱器儲熱效率為研究目的,通過實驗和數(shù)值模擬的研究方法,研究了不同儲熱裝置換熱管結(jié)構(gòu)對于相變換熱過程中換熱系數(shù)的影響。通過對比分析不同換熱管結(jié)構(gòu)對相變換熱器中相變材料完全熔化時間的影響,篩選出強(qiáng)化傳熱效果最優(yōu)的相變換熱器中換熱管結(jié)構(gòu)。本課題其主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1、根據(jù)不同中低溫相變材料的特點(diǎn),篩選出了兩種符合本課題研究內(nèi)容的中低溫相變材料。通過步冷這一實驗方法,確定相變材料的相變溫度、過冷度、傳熱均勻性、相變材料相變的穩(wěn)定性,認(rèn)為三水醋酸鈉適合作為本課題研究的相變材料,該相變材料的相變溫度為57℃,相變潛熱大,相變性能穩(wěn)定,過冷度小。2、根據(jù)數(shù)值模擬的研究方法,先用ANSYS-Fluent建立了 12組不同換熱管結(jié)構(gòu)相變蓄熱單元的傳熱模型,模擬出了不同相變單元的相變過程,計算得到了不同換熱單元的熔化過程的液相率隨時間變化的關(guān)系曲線及出口煙氣溫度隨時間變化的曲線,結(jié)果顯示,翅片管結(jié)構(gòu)的相變換熱器相變傳熱效率要遠(yuǎn)大于光管結(jié)構(gòu)的相變換熱器,且當(dāng)翅片間距L=6mm,翅片高度H=4mm時的翅片管結(jié)構(gòu)為最優(yōu)的換熱管結(jié)構(gòu)。再根據(jù)研究的最優(yōu)換熱管結(jié)構(gòu),用ANSYS-Fluent建立了光管和翅片管整體相變換熱裝置的傳熱模型,結(jié)果顯示,翅片管相變換熱裝置中相變材料完全熔化的時間比光管換熱中相變材料完全熔化的時間減少20.8%,說明該結(jié)構(gòu)具有明顯提高相變儲能效率的作用。3、為驗證模擬仿真的結(jié)果正確性,設(shè)計并制作了 5管程的U型管型相變換熱器,以三水醋酸鈉為相變材料,并搭建了測量相變換熱器傳熱過程中的相關(guān)測點(diǎn)溫度及流量實驗平臺。對比實驗和仿真的結(jié)果表明,實驗與仿真中相變材料的完全熔化的時間分別為780min和755min,相差25min,誤差為3.3%,說明仿真結(jié)果正確。
【圖文】：

多余的熱量或直接排放掉的熱量存儲起來，在需要時再將其釋放出來加以利用，逡逑這就是相變儲能的基本原理。相變儲能技術(shù)可以將外界環(huán)境的溫度維持在一定穩(wěn)逡逑定的范圍內(nèi)，相變材料儲能過程的基本原理如圖２．１所示。逡逑Ｊ邋‘逡逑苔熱過程邐放熱過程逡逑邐１邐１逡逑／邋．逡逑eA熱／邐＼顯熱逡逑／邐＼逡逑一＾邐邐邐＾＿＿＾…相變溫度逡逑顯－熱潛熱邐潛熱．逡逑熱逡逑時間逡逑圖２．１相變儲能基本原理逡逑Ｆｉｇ２．１邋Ｔｈｅ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｐｈａｓｅ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｓｔｏｒａｇｅ逡逑在相變過程中相變儲能介質(zhì)一般是等溫或近似等溫的過程，相變材料因為相逡逑變而吸收或釋放出的能量稱為相變潛熱。金屬的相變潛熱一般在４５０Ｋ．Ｉ／ｋｇ左右，逡逑而某些無機(jī)鹽的相變潛熱則高達(dá)ｌＯＯＯＫＪ／ｋｇ，如ＬｉＦ。相變材料在熔化時將吸收大逡逑量的相變熱量，在凝固時能夠吸收大量的相變冷量，這使得對相變儲能技術(shù)的研逡逑究變得非常有意義。逡逑任何一種物質(zhì)固相中的分子和液相中的分子之間有相對大得多的自由運(yùn)動，逡逑它們之間有相對較高的能量。物質(zhì)的相變主要分為在固一液相變、液一氣相變、逡逑固一氣相變，這三個相變它們的相變潛熱是依次遞增的。逡逑２．丨．２相變材料簡介逡逑相變材料（相變材料－Ｐｈａｓｅ邋Ｃｈａｎｇｅ邋Ｍａｔｅｒｉａｌ）是指物質(zhì)相態(tài)可以隨溫度變化而逡逑發(fā)生改變的物質(zhì)。相變材料分類方式較多，根據(jù)相變溫度，相變材料可以分為低逡逑溫、中溫、高溫相變材料；根據(jù)材料化學(xué)組成

復(fù)合相變材料；根據(jù)相變方式，，相變材料可以分為固－氣、液－氣、固－液、固－固相逡逑變材料。相變材料是相變儲能系統(tǒng)中最重要的一部分，相變材料是否合適直接關(guān)逡逑系到相變儲能系統(tǒng)的工作性能，如圖２．２為常見相變儲能材料的分類逡逑邐邐邋相變材料逡逑邐逡逑邐ｔ邐逡逑邐ｆ邐逡逑固－固相變邐＾邋．逡逑■邐－邐｜邐ｆ—邋有機(jī)相變逡逑固－氣相變邐Ｉ邐邐逡逑■邋－邋—邋：￣＾邐ｒ＇———＾邐無機(jī)相變逡逑液－氣相變邐Ｉ邐邐逡逑邐邋—邋復(fù)合相變逡逑固－液相變邐—Ｊ邐邐逡逑ｉ邋Ｉ邐ｉ逡逑邐邋邐邐邋邐逡逑低溫相變邐中溫相變邐高溫相變逡逑－５０－１００°Ｃ邐１００－２００°Ｃ邐＞２００邋°Ｃ逡逑圖２．２常見相變儲能材料的分類逡逑Ｆｉｇ２．２邋Ｔｈｅ邋ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｏｍｍｏｎ邋ｐｈａｓｅ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑本課題主要討論的是能夠在適合回收中低溫?zé)煔庥酂嵯嘧儾牧�，相變溫度范逡逑圍主要集中在５�?#176;Ｃ？１００°Ｃ，且具有經(jīng)濟(jì)性好價格便宜易得、相變潛熱高、導(dǎo)熱逡逑系數(shù)高、性質(zhì)穩(wěn)定、相變過程過冷現(xiàn)象不明顯、熔化蒸氣壓力低、對封裝容器腐逡逑蝕性小等特點(diǎn)。逡逑２．２相變儲能換熱器的設(shè)計逡逑相變換熱器是回收煙氣余熱的重要設(shè)備，由于其工作條件較為復(fù)雜，其設(shè)計逡逑要綜合考慮使用中各方面的因素【５８＿６（）】，如接觸的工質(zhì)、運(yùn)行溫度、換熱器的使用逡逑壽命、經(jīng)濟(jì)性等，主要需要考慮的幾個設(shè)計因素如下：逡逑Ｉ）最局壁溫逡逑余熱資源的溫度范圍很廣
【學(xué)位授予單位】：中南林業(yè)科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB34

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本文編號：2537390