导　　师： 杨晓西

学科专业： H1701

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 由于太阳能具有间歇性和不能稳定供应的缺陷,不能满足工业化大规模连续供能的要求,必须开发低成本传热蓄热介质,发展高效蓄热技术,以有效地解决太阳能的转换、储存与输运问题。研究高效能蓄热传热介质的设计制备理论及传输机理,不仅关系到吸热、蓄热与换热效率,而且直接影响系统运行的可靠性和稳定性。本文提出了一种新型熔融盐高温斜温层混合蓄热系统(>200℃),与现有蓄热系统相比,提高了单位体积的蓄热容量,简化了熔融盐液的注入和出料结构。既可应用于生产过程(如化工、冶金、热动、核工业等热能储存与转化领域)蓄热,又可应用于再生能源利用领域,具有重要的理论意义和实用价值。高温蓄热过程是一典型的多尺度结构多相多场驱动的耦合传热传质现象,本文对熔融盐高温斜温层混合蓄热过程进行了较深入的理论与实验研究。基于多孔介质局部热平衡理论,建立了多孔介质中熔融盐单相流体斜温层蓄热的局部热平衡数值模拟模型,研究了熔融盐、多孔介质孔隙结构以及工况参数对多孔介质中熔融盐传热与流动的影响规律,结果表明:与熔融盐单相流体斜温层(无填充多孔介质)蓄热系统相比,多孔介质填料能够减少斜温层的厚度和改善其形状;流体进口流速、温差、长径比、多孔介质填料单位体积热容量(ρc)s、孔隙率φ等是影响有效蓄热容量的主要因素,当进口速度为0.001m/s级、长径比为2:1、多孔介质单位体积热容量( ) ( )ρc s >ρcpf、孔隙率φ小于0.4有利于降低斜温层厚度;平均努塞尔数Nu随着多孔介质单位体积热容量(ρc)s、流体进口速度、温差、初始温度等的增大而增大,随着时间、环境温度、孔隙率φ、颗粒平均当量直径dp等的增大而减少。建立了熔融盐壳管式相变换热器的同心套管模型,分析了在自然对流条件下,内管流体进口温度与相变材料的熔点等参数对液相率与熔化时间的影响。结果表明:考虑相变区域自然对流问题时,总的熔化时间显著减少,液固模糊区不再是以平行于轴线沿径向移动,其上端比下端明显先行熔化,呈锥形状态发展。针对蓄热过程建立了熔融盐传热-蓄热实验装置,并开展了熔融盐单相流体斜温层蓄热特性、多孔介质中熔融盐单相流体斜温层蓄热特性以及熔融盐壳管式相变换热器换热蓄热特性的实验研究,测定了斜温层蓄热单罐的轴向温度分布与相变换热器壳侧的温度变化。结果表明:斜温层的厚度随着时间而增加,达到一定厚度后增加量逐渐趋缓;采用单位体积热容量大于熔融盐热容量的多孔介质填料,能够增加单罐的蓄热量;可采用熔融盐相变区域特殊测点温度超过相变材料的熔点升至与内管流体进口温度相近时所耗时间作为壳管式相变换热器完全熔化的判据。

关 键 词： 熔融盐材料 斜温层混合蓄热 多孔介质 传热传质强化

分 类 号： [TK513]

领　　域： [动力工程及工程热物理]