基于煙氣余熱回收蓄熱裝置的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著工業(yè)的飛速發(fā)展和人類生活水平的提高，能源需求量一直處于上升趨勢(shì)。由于不合理的開采和利用，能源短缺問題已在全球范圍內(nèi)出現(xiàn)，但能源浪費(fèi)現(xiàn)象依然十分嚴(yán)重，因此采用合理有效的方法提高能源利用率顯得尤為重要。儲(chǔ)能技術(shù)可以將太陽能、工業(yè)余熱等以熱能的形式儲(chǔ)存起來，緩解能源供給與使用之間存在的空間和時(shí)間差問題，成為提高能源利用率的有效手段。儲(chǔ)能技術(shù)的研究主要包括對(duì)儲(chǔ)熱材料和儲(chǔ)熱裝置結(jié)構(gòu)的研究。由于大部分的儲(chǔ)熱材料熱導(dǎo)率不高，使得儲(chǔ)熱裝置整體傳熱效

2、率較低，因此尋求合適的強(qiáng)化傳熱手段以提高系統(tǒng)充放熱效率很重要。
　　本文選取中高溫儲(chǔ)熱材料中常見的NaNO3-46KNO3、LiNO3、己二酸作為相變儲(chǔ)熱材料，組建相應(yīng)的蓄熱裝置結(jié)構(gòu)，研究裝置的傳熱特性和強(qiáng)化傳熱效果。為提高系統(tǒng)整體傳熱效率，針對(duì)裝置中煙氣熱導(dǎo)率較低的問題，分別設(shè)計(jì)了盤管式和波紋管式兩種蓄熱裝置。盤管結(jié)構(gòu)能在較小的尺寸范圍內(nèi)延長(zhǎng)煙氣的行駛路徑，增加接觸時(shí)間，提高傳熱速率；波紋管結(jié)構(gòu)能增大換熱接觸面積、增強(qiáng)流體擾動(dòng)以

3、強(qiáng)化傳熱，且相變材料的體積填充比大，材料利用率高。
　　建立了盤管式余熱回收蓄熱裝置結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)理論計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式，初步確定了結(jié)構(gòu)單元特征和尺寸，簡(jiǎn)化模型后進(jìn)行三維建模，利用Fluent軟件對(duì)蓄熱裝置的放熱過程進(jìn)行數(shù)值模擬研究，模擬換熱過程中蓄熱裝置內(nèi)的溫度場(chǎng)分布、液相率分布，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)面的溫度變化等，分析了不同導(dǎo)熱油入口流速、蓄熱裝置初始溫度和自然對(duì)流對(duì)系統(tǒng)充放熱性能的影響，得出最佳的工況條件。計(jì)算了相變材料選用NaNO3-4

4、6KNO3和LiNO3時(shí)的裝置蓄熱量分別為0.481MWh和0.508MWh。根據(jù)結(jié)構(gòu)中相關(guān)部件的合理化分析，對(duì)蓄熱裝置中各單元結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行優(yōu)化，為盤管式蓄熱裝置的實(shí)際應(yīng)用提供參考。
　　建立了波紋管式蓄熱裝置的單管二維數(shù)學(xué)模型，與相應(yīng)尺寸光管單元模型的充放熱過程進(jìn)行對(duì)比分析，比較波紋管的強(qiáng)化傳熱效果。并在25mm管徑條件下，模擬了充放熱過程中儲(chǔ)熱單元溫度場(chǎng)分布、相界面移動(dòng)規(guī)律、監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化趨勢(shì)和相變材料蓄熱量等，分析了不同波