太阳能跨季节储热相变材料的选择与换热性能研究

【摘要】：在能源消耗总量中，用以保证建筑物卫生和舒适条件的供暖、空调等能源的消耗量占较大的比例。将太阳能季节性储热技术应用到建筑物供暖工程中，将大大提高能源的利用率，且太阳能为清洁无污染的可再生能源，有利于环境保护。 本文参考大量国内外文献，选取NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O为应用于太阳能季节性储热直接供暖系统的固-液相变材料。首先，对工业纯NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O进行了基本参数的实验室测定，包括其固、液态密度、体积膨胀率、熔化曲线和步冷曲线等，并在NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O中添加铜丝，研究其导热系数的提高效果。其次，为了研究其实际传热性能，搭建了单根垂直同心套管实验台，进行连续蓄热与间歇蓄热熔化过程的实验研究。在蓄热实验过程中，相变材料轴向及径向温度均出现明显的温度分层现象。在240分钟的蓄热时间内，间歇蓄热过程的总换热量比连续蓄热过程多10.2%，可见，间歇蓄热过程更利于相变材料蓄热。最后，应用FLUENT模拟换热流体不同温度、不同流向对熔化过程的影响及连续凝固、间歇凝固过程的换热性能，得出以下结论：（1）相变材料的径向填充厚度对熔化过程的影响较小，换热器的高度对相变材料的熔化过程影响较大；（2）换热流体进口温度对换热强度的影响甚大，适当提高换热温差，利于换热；（3）换热流体的流向对整个蓄热过程的影响不大，因此，在换热系统的实际设计时，可忽略换热流体流向的影响，应主要考虑环路阻力问题，选择较小的环路阻力，可以节省循环水泵的电力消耗；（4）间歇凝固过程所消耗的能量为连续凝固过程的75%，可节省25%能量，实际运行时，应优先选用间歇取热模式。 本文重点研究了相变换热器的设计及相变储能系统的运行模式，为相变储能材料的研究提供了新的思路，并为相变储能系统在实际中的应用提供理论和数据支持，有重要的现实意义。 【关键词】：相变材料 十二水合硫酸铝铵 温度场 连续蓄/放热 间歇蓄/放热
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TB34;TK124
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究背景及意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 相变材料的研究现状10-11
• 1.2.2 跨季节太阳能储热的研究现状11-14
• 1.3 本课题研究内容14-16
• 第二章 中温相变材料的选择及其物理性质16-32
• 2.1 相变材料的选择16-18
• 2.2 十二水合硫酸铝铵的基本物性18
• 2.3 十二水合硫酸铝铵物性参数的测定18-28
• 2.3.1 固态、液态密度19-20
• 2.3.2 体积膨胀率20-21
• 2.3.3 熔化曲线21-22
• 2.3.4 步冷曲线22-28
• 2.4 十二水合硫酸铝铵导热系数的提高方法28-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第三章 同心套管实验台的设计研究32-39
• 3.1 换热管路设计32-34
• 3.2 换热管路管材及尺寸选择34-35
• 3.3 换热管路保温设计35-37
• 3.4 加热系统37
• 3.5 实验设备的选择37
• 3.6 实验数据的误差分析37-38
• 3.7 本章小结38-39
• 第四章 单根换热管蓄热性能的实验研究39-48
• 4.1 连续蓄热过程换热特性40-43
• 4.2 间歇蓄热过程换热特性43-45
• 4.3 连续蓄热实验与间歇蓄热实验对比45-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第五章 单根换热管蓄、放热性能的数值模拟研究48-67
• 5.1 相变传热过程的特点及物理模型48-49
• 5.2 相变传热的数学模型49-50
• 5.2.1 温度法模型49-50
• 5.2.2 焓法模型50
• 5.3 相变材料相变模拟结果及实验验证50-54
• 5.3.1 模拟软件及相变模拟问题的基本理论50-52
• 5.3.2 计算过程参数的设置52-53
• 5.3.3 模拟结果及实验验证53-54
• 5.4 熔化过程的模拟研究54-61
• 5.4.1 熔化过程温度场分布54-57
• 5.4.2 换热流体不同温度对熔化过程的影响57-59
• 5.4.3 换热流体不同流向对熔化过程的影响59-61
• 5.5 凝固过程的模拟研究61-65
• 5.5.1 连续凝固过程61-63
• 5.5.2 间歇凝固过程63-65
• 5.5.3 连续凝固过程与间歇凝固过程对比65
• 5.6 本章小结65-67
• 第六章 结论与展望67-69
• 6.1 结论67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-73
• 发表论文和参加科研情况说明73-74
• 致谢74

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

新型相变材料与电热相变储能热水热风联供装置及经济性分析    张仁元,柯秀芳

CaCl_2·6H_2O─BaCl_2·2H_2O体系相图的研究    李卫萍，阮德水，胡起柱

水合盐储热材料的成核作用    丁益民,阎立诚,薛俊慧

太阳能贮热物质的研究概况    皮启铎 ,阮德水 ,戴志松

三水合醋酸钠—五水合硫代硫酸钠体系相图    胡起柱,张太平,阮德水,张道圣

添加剂对三水合醋酸钠结晶速率的影响    阮德水,张道圣,张太平,胡起柱

三元体系Na_2SO_4-(NH_4)_2SO_4-H_2O中的Na_2SO_4·10H_2O-(NH_4)_2SO_4和Na_2SO_4·10H_2O-(NH_4)_2SO_4·Na_2SO_4·4H_2O多温截面图    梁树勇,胡起柱,张太平,阮德水

Na_2HPO_4·12H_2O-NaCH_3COO·3H_2O体系相图    阮德水,张太平,胡起柱

Na_2SO_4·10H_2O-NaNO_3多温截面    胡起柱,梁树勇,张太平,阮德水

Na_2CO_3·10H_2O－NaAc·3H_2O体系相图    李卫萍，胡起柱，阮德水

太阳能-地下坑槽季节性土壤蓄热热泵供暖系统模拟    韩靖

水合盐储能材料性能研究    曾翠华

太阳能土壤跨季节蓄热—地源热泵组合理论与实验研究    韩敏霞

相变材料及其储能混凝土的制备与性能研究    李莉

日光温室采光与下挖深度优化设计    李霞;于贤昌;艾希珍;李清明;

贫软锰矿直接酸浸生产高纯碳酸锰的工艺研究    刘同民;

户用PV系统设计    牟志平;

新农村建设中太阳能采暖技术的应用    蔡伟;解国珍;闫树龙;吴刚;张新兴;

太阳能地板辐射采暖系统的应用研究    贺立三;刘振波;高林朝;高艳军;

供热工程课程的教学改革与实践    张治;

云南省昆明市高校太阳能热水系统的研究    韩雷涛;谢建;苏庆益;

集中供热糸统按建筑分时供暖方法    单晓平;

铝基合金材料热循环DSC曲线分析    黄文强;王波群;

城市集中供热系统一次网运行优化及算法    周守军;潘继红;王庆峰;赵有恩;田茂诚;

消失模白区用锅炉的节能减排技术调研    易娜;黄刚;郭鹏;叶升平;

太阳能空气集热器传热性能实验研究    魏琪;赵俊;

热力管网水力平衡分析软件(Flowra3.2)在设计中的应用    孙志勇;孟燕;

浅谈闭式凝结水回收的效益    杜诚;

十水硫酸钠的过冷和相分离探究    刘欣;徐涛;高学农;方玉堂;

蓄冷空调纳米复合相变蓄冷介质及分散稳定性的实验研究    李晓燕;刘家庆;高霞;马最良;

小型蓄能热泵空调机应用的经济性分析    吴昊;王芳;李琳;胡红松;

蓄热式太阳能热水器蓄放热性能实验研究    张涛;邹同华;

塘沽多热源集中供热系统热源研究    郝连虎;

远程监控与混水供热节能技术应用    刘向华;周青;

光伏跟踪系统智能控制方法的研究    徐晓冰

纳米流体辐射特性机理研究及其在太阳能电热联用系统中的应用研究    赵佳飞

吉林省西部地区盐渍土水分迁移及冻胀特性研究    王文华

反型聚合物太阳能电池的研究    李福民

新型分布式供能系统热力特性研究    王锡

活化生土基低碳节能村镇建筑材料研究    谭晓倩

碟式斯特林太阳热发电系统太阳模拟器的设计与实验研究    杜景龙

碱性氧化法处理铜/铅阳极泥的研究    刘伟锋

油田热水供暖系统热负荷智能预测技术研究    刘明

严寒地区太阳能-土壤耦合热泵季节性土壤蓄热特性研究    张文雍

楼宇供暖节能系统的设计    张志伟

热电厂能量利用与节能技术改造研究    李华

超细氢氧化镁制备的研究    马晓芳

河南太阳能热水器与住宅一体化设计研究    刘磊

大型热电厂间接连接供暖系统对新型墙体节能建筑供暖能耗分析    赵博

高能燃料燃烧流场的数值模拟与结构设计    张哲衡

蓄热电池一体化结构设计技术研究    徐鑫

基于火墙式火炕农村采暖系统的研究    朱俊亮

粉煤灰制备聚氯化铝工艺研究    常志达

基于模糊神经网络的集中供热负荷预测    张艳

太阳能-地源热泵组合空调/热水系统的设计与应用    杨睿;韩敏霞;

脂肪酸相变储能材料热循环行为的试验研究    田胜力;张东;肖德炎;向阳;

相变式蓄热太阳能热水器的探讨    周志刚,杨梓,陈明

浅层地热能勘查评价    韩再生;冉伟彦;佟红兵;刘志明;

太阳能-U形埋管土壤蓄热特性数值模拟与实验验证    杨卫波;施明恒;陈振乾;

埋地管道传热数值模拟网格划分方法    吴国忠,陈超

建筑节能新技术——相变储能建筑材料    周剑敏,张东,吴科如

太阳能热动力空间发电系统的研究    苏亚欣

金属相变储热材料的量热研究    黄志光,肖思农,吴广忠,梅绍华

分形多孔介质中的热传导    张东晖,施明恒

相变贮能材料的研究    艾明星

中常温相变蓄热的理论与实验研究    孙旋

地源热泵U型埋管换热器传热性能与实验研究    余乐渊

温室墙体复合相变材料的制备与蓄热机理研究    张立明

太阳能土壤跨季节蓄热—地源热泵组合理论与实验研究    韩敏霞

建筑节能相变材料制备与应用分析    廉变峰

利用焓法和有效热容法对定形相变材料熔解过程分析的比较研究    叶宏,何汉峰,葛新石,徐斌

相变材料模拟金属板热特性的理论设计与实验验证    叶宏;张栓勤;庄双勇;杨泰蓉;王西耀;

定形相变材料研究现状    李建立;薛平;丁文赢;韩晋民;孙国林;

聚乙二醇/二氧化硅定形相变材料的制备    王维龙;杨晓西;方玉堂;丁静;杨建平;

新型相变材料的研究及展望    蔡洪兵;税安泽;曾令可;程小苏;王惠;刘平安;张永伟;

相变材料及其在纺织品中的应用与展望    杜文豪;张慧萍;晏雄;

相变材料    

相变材料在建筑结构中的应用综述    杨丽;

有机相变材料应用的研究进展    王结良;李萌;张五龙;陈宏书;

有机相变材料在节能领域的应用研究    费逸伟;马晓宇;佟丽萍;杨宏伟;

高效热能存储微结构相变材料    孙蓉;

超分子聚乙醇类固-固相变材料的研究    段玉情;康丁;西鹏;刘然;何春娥;

相变材料蓄能研究进展及其应用    刘芳;于航;

相变材料的制备及自调温功能服装的研制开发    刘太奇;褚金芳;师奇松;杨丽燕;李潭秋;杨东辉;吴晓;温玉全;

冬季工况下定形相变材料的热特性实验研究    种净植;杨小凤;庄春龙;邓仲安;

石蜡相变材料蓄热过程实验研究    章学来;盛青青;杨培莹;吕磊磊;叶金;

石蜡相变材料强化传热技术研究    于树轩;章学来;施敏敏;

一种综合利用相变材料的节能系统    黄育华;詹武刚;

相变材料式蓄冷槽的模型建立及实验验证    潘毅群;

蓄能相变材料相变区比热特性对其蓄换热性能的影响    李震;张寅平;江亿;

相变材料在建筑外围护结构中的应用    朱青 刘朝辉 宋长友

朝朝暮暮各不同    本报记者 陈丹

相变材料能在0.5纳秒内快速切换    刘霞

新兴节能技术用于温室材料    西南大学园艺园林学院 罗庆熙　刘彦辰

科技与时尚握手    张迈建

德国发明智能饮料杯可控温啤酒    酒业

“凝胶”造就天然“空调墙”    史博臻

绿色建筑未来的五大趋势    翻译 龚雪

盛夏 家居可以不用空调    许晓东

没有空调,房子也能自我调控温度    记者 陈敏　通讯员 胡敏

定形相变材料的制备与建筑节能应用    孟多

石蜡类相变材料的设计及其热物性与阻燃性能研究    张平

相变材料在轻质围护结构中的应用研究    吕亚军

聚乙二醇/聚乙烯醇高分子固—固相变材料的合成与性能研究    张梅

聚乙二醇基复合储热材料的制备、性能及其相变传热过程研究    张磊

超晶格相变材料研究    童浩

三元低共熔脂肪酸复合相变材料的制备及热性能研究    黄雪

热控相变材料熔渗纳米多孔陶瓷的研究    周祥发

相变材料蓄放热机理及其基站冷却的能效研究    孙小琴

硬脂酸复合相变储热材料的自组装合成及性能研究    王毅

新型相变材料蓄放热特性的数值计算与实验研究    于静

相变材料和隔热材料在不同地区建筑中应用效果之比较分析    丁理峰

相变材料的蓄/放热特性研究    周圆

定型相变材料的制备及相变模型的热特性研究    伍飞才

相变材料对沥青混合料温度与性能的影响研究    李超

适用于血液疫苗相变材料的研制以及相变蓄能技术在部队冷藏库集装箱改造中的应用    赵建辉

石蜡类相变材料传热性能研究    邹复炳

溶胶—凝胶法复合相变材料及其在纺织品上的应用    李俊升

多元醇固—固相变材料的研究    牟兴瑞

相变材料研究    徐嘉庆