毕业设计（论文）-相变蓄热装置传热强化的实验研究.docVIP

1 绪论 热能储存技术用于解决热能供需间的矛盾，是提高能源的利用效率及保护环境的重要技术。 强化传热技术一直是蓄热研究方面的重点，传热的强化主要有两条途径：研发新的相变蓄热材料，改善相变蓄热装置。 相变材料主要可分为有机相变材料和无机相变材料[1]。其中无机相变材料主要有单纯盐、碱金属与合金、高温熔化盐类和混合盐类等，无机相变材料具有较高的熔解热和固定的熔点等优点；但绝大多数无机相变材料具有腐蚀性，相变过程中存在过冷和相分离的缺点。为防止无机相变材料的腐蚀性，蓄热系统必须采用不锈钢等特殊材料制造，从而增加了制造成本。为抑制无机相变材料相变过程中的过冷和相分离，需通过大量试验研究，寻求好的成核剂和稳定剂。有机类相变材料主要有石蜡类、高级脂肪酸类、聚烯烃、醇类等，具有固体成型性好，不易发生相分离及过冷现象，腐蚀性较小和性能稳定等优点；但有机物相变材料热导率较低[2,3]。 在相变蓄热装置方面，实际应用中通常采用添加高热导率材料如铜粉、铝粉或石墨等作为填充物以提高热导率；采用翅片管换热器，依靠换热面积的增加来提高传热性能；采用波纹管，依靠热媒体流动来提高传热性能等。 本实验将采用波纹管来提高换热效率。由于波纹管表面凹凸的外形，使流体在管内形成较强的湍流，从而大大提高管内外表面的换热数，使换热器整体换热效率比列管式的提高2-3倍。波纹管通过热胀冷缩而具有自洁作用，因此不易结垢，自行补偿温差产生的热应力。 1.1 研究背景及意义 蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术[4-6]，可用于解决热能供给与需求失配的矛盾,在太阳能利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景,目前已成为世界范围内的研究热点。在化工生产和许多工业过程排放的废热是不连续的，要充分利用这些不稳定的能源，就需要采用蓄热技术，将这些热量暂时储存起来，在需要的时候再释放出去。这样既可以降低企业能耗，又可以减少由一次能源转变为二次能源时产生各种有害物质对环境的污染。 目前主要的蓄热方法有显热蓄热、潜热蓄热和化学反应蓄热三种[6-9]。显热蓄热是利用物质的温度升高来存储热量的。这种蓄热方式在各类蓄热方式中是最简单和最成熟的，应用也最广泛，可用于供暖和发电。但该方式在实用上存在占地面积大、蓄热温差大等问题。化学反应蓄热是指利用可逆化学反应的结合热储存热能。发生化学反应时，可以有催化剂，也可以没有催化剂，这些反应包括气相催化反应、气固反应、气液反应、液液反应等等。这种贮能方式虽贮能密度较大，但往往技术复杂且使用不便。潜热蓄热是利用物质在凝固/融化、凝结/气化、凝华/升华以及其他形式的相变过程中，都要吸收或放出相变潜热的原理。相变蓄热具有蓄能密度高、蓄热温差变化小等优点。 1.2 蓄热技术的应用 蓄热技术作为缓解人类能源危机的一个重要手段，主要有以下几个方面的应用。 太阳能是巨大的能源宝库，具有清洁无污染、取用方便的特点，特别是在一些高山地区，如我国的甘肃、青海、西藏等地，太阳辐射强度大，而其他能源短缺，故太阳能的利用就更为普遍。但到达地球表面的太阳辐射，能量密度却很低，而且受地理、昼夜和季节等规律性变化的影响，以及阴晴云雨等随机因素的制约，其辐射强度也不断发生变化，具有显著的稀薄性、间断性和不稳定性[10-11]。为了保持供热或供电装置稳定不间断地运行，就需要蓄热装置把太阳能储存起来，在太阳能不足时再释放出来，从而满足生产生活用能连续和稳定供应的需要。太阳能蓄热技术包括低温和高温两种。水是低温太阳能蓄热系统普遍使用的蓄热介质，石蜡以及无机水合盐也比较常用；高温太阳能蓄热系统大多使用高温融化盐类、混合盐类、金属或合金作为蓄热介质。 电力资源的短缺是人类长期面临的问题，但是电力资源的浪费却非常严重，如我国的葛洲坝水利枢纽工程,其高峰与低谷的发电输出功率分别为220万kW和80万kW,用电低谷发不出的电能只有通过放水解决。若能把这部分能源回收，则可大大缓解能源紧张状况。蓄热技术仍是目前回收未并网的小水电、风力发电的一个重要手段。在电厂中采用蓄热装置可以经济地解决高峰负荷,填平需求低谷以缓冲蓄热方式调节机组负荷更方便。采用蓄热装置可以节约燃料,降低电厂的初投资和燃料费用，提高机组的运行效率和改善机组的运行条件，从而提高电厂的运行效益和改善电厂的利用率，降低排气污染，改善环境。蓄热技术在核电站中 具有更大的吸引力。采用蓄热技术可使反应堆的运行最安全和最经济。对高峰负荷采用核电机组与蓄能相结合的形式可以减少单独的高峰负荷机组的需要量,同样还可减少低效率高峰机组使用的优质燃料（如轻油、煤油、天然气等）。这样核电站可以按基本负荷运行,燃料的温度交变降到最低限度,对燃料元件的损害就可以降到最低。采用蓄热技术,也使得核电站相当大的初