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新型太阳能混合蓄热罐的放热特性

更新时间:2009-03-28

在太阳能热发电蓄热系统中有两种较为普遍的设计方案,即双罐蓄热系统和单罐斜温层蓄热系统。与双罐蓄热系统相比,单罐斜温层蓄热系统仅使用一个蓄热罐且可以使用价格相对低廉的填充材料,因此单罐斜温层蓄热系统大概可以节约35%的初投资成本[1]。2001年,美国Sandia国家实验室建造了一个蓄热容积为 2.3MWh的单罐斜温层蓄热系统[2-3],首次对斜温层蓄热这一概念进行了评估,成功证明了熔融盐填充床斜温层蓄热系统的可行性,在此成功实验的基础上国内外的许多专家学者开展了一系列有关斜温层蓄热系统的研究工作。

尹辉斌等[4]构建填充床熔融盐斜温层混合蓄热系统,通过实验来研究蓄热过程中熔融盐的流动与传热特性。杨小平等[5]通过局部非热平衡模型下的能量方程对单罐斜温层蓄热罐展开数值模拟研究。ANGELINI等[6]建立了填充床熔融盐斜温层蓄热系统的二维数值模型,使用该模型得到的结果与双罐蓄热系统进行效率比较,并讨论罐体形状因子对蓄放热效率的影响。HOFFMANN等[7]提出了两个填充床斜温层蓄热罐的一维数值模型,并使用MATLAB进行求解。YANG等[8]提出一个包括换热流体和填充材料的斜温层蓄热综合模型,来探究边界条件对斜温层蓄热特性的影响,并主要研究罐体壁面在不同热边界条件下放热效率和斜温层的变化特性。

where ε0 and εr(z) are the permittivities of the vacuum and the relative one of the position dependence. ND+(z) is the concentration of ionized dopants, n2D, i(z) denotes the two-dimensional electron gas concentration of the ith subband. One can have the following relation

XU等[9]提出了一个填充床熔融盐斜温层蓄热系统的两相、二维、瞬态换热流动模型,并重点研究了蓄热系统在待命模式下壁面结构、环境空气流速对斜温层膨胀特性的影响。左远志等[10]提出了一种结构较为新颖的斜温层混合蓄热系统,并一定程度证明了该混合蓄热系统的可行性。ZANGANEH等[11]提出了一种由相变蓄热和斜温层蓄热两部分组成的新型蓄热系统,并使用一维动态换热模型对该系统进行模拟研究。左远志等[10]提出的单罐混合蓄热罐的中段为斜温层显热蓄热,上段为高温壳管式相变换热器,下段为低温壳管式相变换热器,但在单罐上下侧增加两个壳管式相变换热器,无疑增加了蓄热罐的投资成本,甚至可能超过相同设计工况下双罐蓄热系统的投资成本。

高速公路的施工时,实际施工地区的差异比较明显,因此应该进行具体的前期勘察与实地分析,确定施工方案,并将可能对施工产生影响的外部环境进行提前分析与记录,包括施工区域的天气状况、所处的地理条件、交通状况等等。针对具体的情况制定安全管理的示意图,为后期的施工提供参考和依据。

针对上述研究所存在的问题,本文提出另外一种改良后的单罐混合蓄热罐,仅在常规斜温层单罐蓄热罐的上段增加一个壳管式相变换热器,增加该相变换热器的主要目的是增加蓄热罐的放热效率;同时,相变换热器的增加也可以在一定程度上增加蓄热罐的蓄热量。

1 数值模拟

1.1 物理模型

图1所示为填充床熔融盐斜温层混合蓄热罐工作原理示意图,该混合蓄热罐模型主要由相变蓄热段和显热蓄热段两个模型组成。相变蓄热段就是一个壳管式相变换热器,换热器壳程填充相变材料(PCM,phase change material),热流体(HTF,heat transfer fluid)流经管程;显热蓄热段便是一个立圆柱罐体,罐体内填满熔融盐和固体填料(如石英石、石英砂等);蓄热罐的上下出入口分别布置散流器,以保证熔融盐在流过整个显热蓄热段时的流场均匀。由于罐体内显热蓄热段固体填料的存在,所以显热蓄热段中的熔融盐仅存在于固体填料的孔隙内,孔隙率的定义为显热蓄热段内熔融盐的体积与显热蓄热段的总体积的比值。

  

图1 填充床熔融盐斜温层混合蓄热罐工作原理示意图

在蓄热工作过程中,高温熔盐流经上侧散流器后均匀流入相变蓄热段的管程,并加热壳程中的PCM,固态PCM吸收热量后转化为液态,高温熔盐继续向下流动并到达显热蓄热段,高温熔盐不断将低温熔盐均匀地向下推动的同时,也不断将附近的固体填料加热,最后变成低温熔盐经由罐体底部出口流出,这样便完成了蓄热过程;在放热过程中,低温熔盐流经下侧散流器后均匀流入显热蓄热段,低温熔盐不断将高温熔盐均匀地向上推动,同时低温熔盐亦被周围的高温填料所加热,低温熔盐继续向上流动并到达相变蓄热段,流入相变蓄热段管程中的低温熔盐被壳程中的液态高温PCM不断加热,液态 PCM 释放热量后转化为固态,低温熔盐变成高温熔盐后继续向上流动流经上侧散流器并经由顶部出口离开蓄热罐,这样便完成了放热过程。

3.2.2 课改实施情况 本学期第1周安排各班自行组建水文学学习小组,第3~5周安排各小组进行“水循环教具”的设计,第5~9周安排各小组进行“海绵校园”的设计,第10~14周安排各小组进行“基于植物耗水量的园林树木的优化选择”的项目研究.最后3周总结3个设计,评价设计结果.具体安排见表1.

运动方程

1.2 数学模型

为简化计算,对混合蓄热罐模型中的显热蓄热段和相变蓄热段分别进行如下假设:①不考虑散流器的影响,认为计算区域入口和出口的速度分布是均匀的[8];②认为固体填料区域是连续、均质并具有各向同性的多孔介质区域,而不是由独立颗粒所组成的介质;③认为熔融盐在填充床区域的流动为层流不可压缩流动;④固体填料是具有相同直径的球形颗粒,且其物性参数为常数;⑤混合蓄热罐罐壁绝热;⑥忽略流体流动过程中的黏性耗散;⑦将相变蓄热段简化为相变蓄热单元,并忽略管壁厚度,且蓄热单元两端和外壁采用绝热边界条件;⑧相变蓄热单元中的 PCM 融化后为不可压缩流体,考虑相变区域自然对流,采用Boussinesq近似[12];⑨相变蓄热单元中的 PCM 物性参数与温度无关且均质具有各向同性。

动量方程

连续性方程

 

由于选择合适的散流器便可以实现熔融盐均匀的流动[8],不考虑散流器对蓄热罐的影响,但考虑显热蓄热段和相变蓄热段这两部分的模拟。由于壳管式相变换热器主要由数量众多(几百根)的直管组成,并且在建模划分网格时还要对相变换热器部分网格加密才能得到较为准确的结果,这样数值模拟的计算量过于复杂,故此将模型进行简化,简化示意图如图2所示。

在篮球场上,真正的强者往往就像猎人一样,能够抓住对方“虚”这个命脉大做文章。在2017-2018年NBA总决赛的赛场上。金州勇士队在防守掩护上采取了换防策略。骑士队充分利用了对方史蒂芬·库里在防守端力量差,身高不足的劣势,库里防谁,谁就给勒布朗·詹姆斯做掩护。使得库里这个防守端最弱点总是面对骑士队进攻的最强点。虽然最终骑士队没有赢下总冠军,但是这个战术也给对手造成了很大的杀伤。

 

能量方程

 

相变区域采用Boussinesq近似,即忽略压强引起的密度变化,只考虑温度引起的密度变化,且密度随温度呈线性变化。

轴向上运动方程中压力梯度和重力项

 

有效压力

 

在《语言、语境和语篇》(Halliday&Hasan 1985)一书中,Hasan扩大了衔接概念的覆盖范围,把衔接分为非结构衔接和结构衔接。非结构衔接中的成分衔接包括指称、省略、连接词语和词汇衔接。结构衔接是指平行对称结构、主位—述位结构、已知信息—新信息结构。

 

在编制财务预算过程中,要确保其口径、范畴等要素和财务决算报表间的统一性,需依照“从上至下、分级式制定、上级审核”的流程进行工作,相关人员要理性的结合企业上一年度的预算执行状况,以完善预算编制相关指标的合理性与可执行性。并确保财务预算的各种报表与数据间建设良好的联动关系,相互牵制与促进,最后构建一个相对完善的预算管理体系。

  

图2 计算模型简化示意图

本文中显热蓄热段的控制方程如式(8)~式(11)。

连续性方程

 

针对上述简化,本文中相变蓄热段的控制方程如式(1)~式(4)。

 

熔融盐的能量方程

 

固体填料的能量方程

 

式中,ρl是熔融盐的密度,kg/m3;ε是蓄热罐中填充床的孔隙率;u表示基于整个横截面积的表观速度矢量,m/s;K为多孔介质的孔隙渗透率;μ是熔融盐的黏度,Pa·s;CF是惯性系数;Tl和Ts分别表示熔融盐和固体填料的温度,K;cp,l是熔融盐的比热容,J/(kg·K);Γl,eff是熔融盐的有效热导率,W/(m·K);式(10)、式(11)中等号右侧最后一项表示熔融盐和固体填料之间的对流传热,其中hV是体积介质换热系数,W/(m2·K);cp,s是固体填料的比热容,J/(kg·K);Γs,eff是固体填料的有效热导率,W/(m·K)。

2.5.4 肺部沉积率的测定 分别称取20 mg白藜芦醇DPPC脂质粉雾剂装入3号羟丙甲纤维素胶囊中,然后取上述胶囊10粒,逐粒置于药粉吸入器内,连续吸入10粒,每次10 s,停泵后打开测定仪,用20 mL纯化水清洗每个接收盘(装置、喉部、1~8级共10个接收盘),连续2次,合并后转入50 mL量瓶,将量瓶中的液体用无水乙醇定容。参考“2.1.2”项色谱方法测定每个接收盘中白藜芦醇含量,按公式计算药物肺部沉积率(FPF)。

1.3 数值计算方法及边界条件

使用有限体积法对上述控制方程进行求解,且HTF按不可压缩流体处理,在保证稳定性的条件下,离散方程均采用精度较高的二阶迎风差分格式,并使用中心差分格式来实现对扩散通量的离散化,速度与压力之间的耦合采用Simple算法;使用带有恒定时间步长的完全隐式格式实现对时间的离散化。

武汉理工大学是首批列入国家“211工程”重点建设的教育部直属全国重点大学、首批列入国家“双一流计划”建设的高校,是教育部和交通运输部、国家国防科技工业局共建高校。学校位于武汉市,现有马房山校区、余家头校区和南湖校区,共有教职工5508人。

(3)对于混合蓄热罐而言,根据质量守恒定律,显热蓄热段的入口熔盐速度uin和相变蓄热单元的入口熔盐速度u'in的关系为

(1)混合蓄热罐计算区域的总高度H=2.4m,直径 D=0.6m,显热蓄热段的高度 L1=2m,相变蓄热段的高度 L2=0.4m;相变蓄热单元内径D1=2×r1=8mm,外径 D2=2×r2=20mm,管道壁厚δ=1mm,且选择常规斜温层蓄热罐的高度是2.4m,直径为0.6m。

(2)设定高温熔融盐温度Th=623K,低温熔融盐温度 Tl=523K,熔融盐的入口速度为uin=2.0×10-4m/s,两种蓄热罐均选择石英石作为填料,填充床多孔介质的孔隙率为ε=0.22,填料石英石颗粒的直径dp=0.01905m。

根据上文模型的简化与假设,对初始边界条件和相关物性参数进行说明如下。

(4)选用目前工程应用广泛的三元熔融盐Hitec[KNO3-NaNO3-NaNO2(摩尔分数分别为44%,7%,49%)][13]作为 HTF,其相关物性参数随温度发生变化。

(5)选择 KNO3作为 PCM[14],其熔点Tm=603K,溶解热 L=266kJ/kg,比热容 cp=1.22kJ/(kg·K),密度 ρ=2110kg/m3,热导率 λ=0.5W/(m·K)。

(6)选择石英石作为固体填料,其密度为2500kg/m3,比热容为 830J/(kg·K),热导率为 5.69W/(m·K)。

进行网格无关性验证时,在既能满足精度要求,又不至于占用计算机太多内存的情况下,当混合蓄热罐总网格数达到75271个时,罐内熔融盐温度分布趋于稳定,可满足计算精度要求。

1.4 模型正确性验证

将混合蓄热模型拆分为显热蓄热段和相变蓄热段两部分分别模拟计算,为验证该模拟方法的可行性,故使用该模型简化方法对文献[10]中的混合蓄热罐模型进行模拟计算,并将结果与文献[10]中实验结果进行比较。图3所示为混合蓄热罐在放热过程中熔融盐出口温度随时间变化曲线,可以看出,模拟结果与实验结果偶合情况良好,从而说明本文采用的模拟方法及模型简化具有一定的可行性与正确性。

2 结果与分析

2.1 混合蓄热罐与常规斜温层蓄热罐放热特性对比

根据上文设定的边界条件和物性参数,将常规斜温层蓄热罐与混合蓄热罐的放热特性进行对比。

  

图3 放热过程中出口温度随时间变化与文献[10]对比图

图4中(a)、(b)分别是常规蓄热罐和混合蓄热罐在放热过程中,不同时刻中心轴线处熔融盐温度沿罐体高度方向分布曲线。由图 4(a)常规蓄热罐熔融盐温度分布可以看出,随着放热过程的进行,不同时刻下的熔融盐温度分布曲线的形态都很相似,罐体内的斜温层随着熔融盐的流动亦不断向上移动,大约当 t=2h时,斜温层到达罐体出口处,大约当t=3h时,斜温层已基本离开蓄热罐,亦进入放热过程的最后阶段;另外,随着时间的推移,斜温层的厚度在不断增加;由图4(b)混合蓄热罐熔融盐温度分布可以看出,混合蓄热罐的熔融盐温度分布情况与常规斜温层蓄热罐相比差别很大。2h时刻前,低温熔盐或斜温层部分尚未到达相变蓄热段,此时混合蓄热罐内的熔融盐温度分布与常规斜温层蓄热罐无异。当斜温层部分到达相变蓄热段时,混合蓄热罐内的熔融盐温度分布曲线产生了较大的变化,以t=3h时刻的熔融盐温度分布曲线为例,此时罐体内的原本存在的斜温层区域已经几乎完全进入相变蓄热段,并且温度分布曲线的最高温为相变换热器中PCM的熔点603K,此时原本厚度较大(即斜率较小)的斜温层也被斜率很大的斜温层所取代,由于斜温层的存在,常规斜温层蓄热罐放热效率较低,因此混合蓄热罐可以在一定程度上克服罐体内斜温层对蓄热罐放热效率的影响。同时,由图4可以看出,常规蓄热罐在3h左右时基本完成了放热过程,而混合蓄热罐放热过程却持续了4.5h,此时,常规罐的总放热量为37.26kWh,即为总蓄热量,放热效率为89.89%;混合罐的总放热量为52.75kWh,即为总蓄热量,放热效率为94.94%,相比之下,混合蓄热罐的放热性能更佳。

  

图4 放热过程中蓄热罐中心轴线处熔融盐温度分布

2.2 不同入口速度对放热特性的影响

2.2.1 入口速度对出口熔融盐温度的影响

为衡量蓄热罐在放热过程中提供有效热量的多少,引入放热效率η[9]概念,其表达式如式(12)。

式中,peff为有效压力,Pa;ρr为PCM的参考密度,kg/m3;α为PCM的体积膨胀系数,K–1;Tr为参考温度,K;u为水平方向速度,m/s;v为纵向速度,m/s;β为运动黏度,m2/s;h为任意时刻比焓,kJ/kg;λ为热导率,W/(m·K)。

 

式中,Qeff为有效放热量,J;Qtot为蓄热单元释放出的总能量(即总放热量),J。

注射用前列地尔干乳剂联合丁苯酞软胶囊对重症缺血性脑卒中患者神经功能、炎症因子及凝血功能的影响…………………………………………………… 李 洁等(8):1087

图5为混合蓄热罐在放热过程中出口熔盐温度随时间变化曲线,随着熔盐入口速度的增加,蓄热罐的总放热时间在不断缩短,同时高温恒温段和 PCM潜热放热段也随着入口速度的增加而缩短,且 PCM显热放热段的平均斜率也越大。这是因为当蓄热罐体积一定时,罐体内所储存的能量是一定的,增加入口熔盐速度会使罐体内储存的能量被更快地带走。

恶性肿瘤发病率逐年升高,且呈年轻化趋势,同时恶性肿瘤早期诊断相对困难,其死亡率高,对人类健康造成严重威胁[1]。为提高恶性肿瘤患者的疗效,改善预后,临床早期确诊并进行积极有效治疗至关重要。现就血清肿瘤标志物的临床意义及研究进展作如下综述。

  

图5 放热过程中出口熔融盐温度随时间变化曲线

  

图6 放热过程中相变蓄热段PCM液相率随时间变化曲线

图6为不同入口速度下放热过程中相变蓄热段PCM的液相率随时间变化情况,可以看出,入口熔盐流速越快,低温熔盐到达潜热蓄热罐的速度越大,潜热蓄热段中的PCM会越早发生凝固,且入口熔盐流速越快,PCM的凝固速度也越快。结合图5和图6可以看出,当PCM开始凝固时,蓄热罐出口熔盐温度亦由高温恒温段逐渐进入PCM显热放热段,当PCM的液相率为0,即PCM完全凝固时,蓄热罐出口熔盐温度由潜热放热恒温段逐渐快速进入液态 PCM 显热放热段,直至放热结束。

2.2.2 入口速度对蓄热罐放热效率及放热时间的影响

图7为入口速度对蓄热罐放热特性所产生的影响。由图7可知,当入口速度1.0×10–4m/s时,混合蓄热罐放热效率为97.43%,相同速度下所对应的常规蓄热罐放热效率为 90.28%;当入口速度增加到2.0×10–4m/s时,混合蓄热罐放热效率为 94.94%,相同速度下所对应的常规蓄热罐放热效率89.89%。随着入口速度的增加,常规蓄热罐和混合蓄热罐的放热效率都在逐渐降低,虽然这几种速度工况下相同速度时,混合蓄热罐的放热效率仍然远大于常规蓄热罐,但是随着速度的增加两者之间的放热效率差值却在不断缩小,即随着速度的增加,混合蓄热罐的放热效率下降的速度更快。

  

图7 常规蓄热罐和混合蓄热罐不同入口速度下的放热效率

随着入口速度的增加,常规蓄热罐与混合蓄热罐的放热效率都在下降,并且混合蓄热罐的放热效率下降速率比常规蓄热罐大很多。主要因为混合蓄热罐的最上端包含一个相变换热器,当相变换热器的结构参数和工质物性参数确定时,仅有入口参数的变化会对其放热特性产生较大的影响。当入口熔盐速度增加时,熔融盐在相变换热器内停留时间变短,换热器内的高温 PCM 没有足够的时间把能量完全传递给低温 HTF即熔融盐流体。因此,HTF未能被加热到高温状态便离开了相变换热器,造成HTF的温度低于临界温度,从而使整个蓄热罐的放热效率下降。并且入口速度即HTF的流度越大,混合蓄热罐的放热效率下降越快。同时,入口熔盐速度在(1.0×10–4)~(6.0×10–4)m/s之间变化时,放热效率的变化呈现出一定的线性规律。当入口速度为1.0×10–4m/s时,混合蓄热罐的放热效率高达97.43%,而常规蓄热罐的放热效率为90.28%。但是随着入口熔盐速度的增加,混合蓄热罐与常规蓄热罐在相同入口速度下的放热效率差值在不断缩小。当入口速度为5.0×10–4m/s时,混合蓄热罐的放热效率下降到 85.27%,常规蓄热罐的放热效率下降到87.79%。通过数据拟合可得,当入口熔盐速度为4.72×10–4m/s时,混合蓄热罐和常规蓄热罐的放热效率相等。即在本数值模型中,若选择的入口熔盐速度小于 4.72×10–4m/s,则采用混合蓄热罐可以较好的优化蓄热罐的放热性能,若选择的入口熔盐速度大于 4.72×10–4m/s,无论从经济性还是放热性能角度,都应选择常规斜温层蓄热罐。因此,在选择带有相变换热器的混合蓄热罐时,应选择一个合理的入口工质流速。

熔化区域内任意点密度为

图8所示为混合蓄热罐在不同入口熔盐速度下的放热时间变化情况。由图可知,随着入口熔盐速度的增加,蓄热罐的总放热时间和有效放热时间都在快速下降,并且放热时间的下降幅度逐渐降低。同时,当入口速度为1.0×10–4m/s时,有效放热时间占据总放热时间的 87.50%,当入口速度增加到6.0×10–4m/s时,有效放热时间则仅占据总放热时间的 57.59%。说明随着入口速度的增加,有效放热时间占据总放热时间的比例在急速下降,这也是造成蓄热罐放热效率快速下降的主要因素之一。

1956年,阿尔贝·加缪发表了中篇小说《堕落》,还出版了包括6个短篇小说的集子《流放与王国》,这个时候,他的思想多少已经开始转向基督教伦理的探讨,对过于世俗化的道德和存在的命题,已经不那么感兴趣了。中篇小说《堕落》的发表,实际上是对萨特为代表的存在主义知识分子的一种质疑。后来,他们之间爆发了激烈的论战,两个人的关系因此而决裂。最终,我发现,时间站在了阿尔贝·加缪这一边,历史证明了他更正确,萨特在当时似乎正确,但是后来则并不正确了。

  

图8 不同入口速度下混合蓄热罐的总放热时间与有效放热时间

2.3 填充床石英石颗粒直径对放热特性的影响

2.3.1 石英石颗粒直径对蓄热罐出口熔融盐温度的影响

根据PACHECO等[2]对斜温层蓄热罐内的固体填料进行的初选,实验结果表明,石英石、大理石、铁燧岩和刚玉等均是较好的固体填料材料,同时考虑到填料的价格、稳定性和加工难易程度,认为石英石是作为熔融盐蓄热罐固体填料的最佳选择。

本文中采用石英石作为固体填料材料,同时数值模拟时近似认为所采用的石英石为颗粒直径相同的石英石球体,因此本节中将详细研究当填充床孔隙率不变并且其他情况相同时,石英石颗粒的直径改变对蓄热罐内的温度分布以及放热特性的影响。

由于伍姓湖站资料系列不足,本次洪水也未在张留庄断面形成较大洪峰,无法用流量系列计算重现期,而涑水河流域暴雨洪水相关程度较高,所以本次洪水重现期采用雨量系列进行计算,以此代表7.16洪水的重现期。

图9和图10分别是放热过程中常规斜温层蓄热罐和混合蓄热罐的出口熔融盐温度随时间变化曲线。由图 9可以看出,该曲线是典型的常规斜温层蓄热罐放热温度曲线,由高温恒温段、斜温层放热段和低温恒温段 3部分组成。同时高温恒温段的持续时间随着石英石颗粒直径的增加而缩短,并且斜温层放热段的长度则随着石英石颗粒直径的增加而增加。造成这种现象的主要原因是,石英石颗粒直径的增加会使石英石与熔盐之间的介质换热系数减小,同时还会使多孔介质的比表面积减小,介质换热系数和比表面积的减小将直接导致熔融盐和石英石之间的对流传热减弱,高温石英石中的热量无法及时的传递到低温熔盐中,低温熔盐未被周围的石英石迅速加热到高温状态,同时在入口流速的驱动力作用下继续向前流动,这样就会使斜温层的厚度增加,当较厚的斜温层区域到达常规蓄热罐出口时,便使得斜温层放热段的长度增加,即出现图 9中的现象。

由图9还可以看出,随着石英石颗粒直径的增加,常规蓄热罐的总放热时间在增加,而有效放热时间却在缩短,显然这是一个不好的现象。图 10为放热过程中混合蓄热罐的出口熔融盐温度随时间变化曲线,可以看出,石英石颗粒直径的改变仅对液态 PCM 显热放热段有影响,而石英石颗粒直径的改变几乎对总放热时间和有效放热时间没有影响,这主要是因为在混合蓄热罐的最上端有相变潜热蓄热罐,相变潜热蓄热罐的存在在一定程度上,将石英石颗粒直径改变而引起的斜温层增厚变化给“缓冲”掉了。

2.3.2 石英石颗粒直径对蓄热罐放热效率的影响

  

图9 放热过程中常规斜温层蓄热罐出口熔融盐温度

  

图10 放热过程中混合蓄热罐出口熔融盐温度

  

图11 不同颗粒直径下蓄热罐的放热效率

图11为不同颗粒直径下常规蓄热罐和混合蓄热罐的放热效率变化情况。可以看出,在以下几个工况下,混合蓄热罐的放热效率始终大于常规蓄热罐,并且随着石英石颗粒直径的增加,常规斜温层蓄热罐的放热效率持续快速下降。例如:当石英石颗粒直径dp=0.015m时,常规蓄热罐的放热效率为91.75%;而当石英石颗粒直径dp=0.030m时,常规蓄热罐的放热效率便下降到83.21%。可见,石英石颗粒直径的增加直接造成常规蓄热罐中的斜温层增厚,从而直接导致了放热效率的下降。对比而言,混合蓄热罐的放热效率则受石英石颗粒直径变化的影响很小,当石英石颗粒直径增加时,混合蓄热罐的放热效率仅有较小幅度的降低,石英石颗粒直径由0.015m增加到0.030m时,混合蓄热罐的放热效率仅下降了 0.26%。因此,石英石颗粒直径的改变会对常规斜温层蓄热罐的放热性能产生很大的影响,而对混合蓄热罐放热性能的影响则很小。

3 结论

(1)在入口熔融盐速度为uin=2.0×10–4m/s下,对比相同条件下的常规斜温层蓄热罐与混合蓄热罐的放热特性可以得出,混合蓄热罐的放热时间更长、有效放热量更大、性能更佳。

(2)随着入口熔盐速度的增加,常规蓄热罐和混合蓄热罐的放热效率都在逐渐降低,但混合蓄热罐放热效率的下降速度更快,且混合蓄热罐与常规蓄热罐在相同入口速度下的放热效率差值在不断缩小。

(3)当入口熔盐速度为4.72×10–4m/s时,混合蓄热罐和常规蓄热罐的放热效率相等。即在本数值模型中,若选择的入口熔盐速度小于4.72×10–4m/s,则采用混合蓄热罐可以较好的优化蓄热罐的放热性能;若选择的入口熔盐速度大于 4.72×10–4m/s,无论从经济性还是放热性能角度,都应选择常规斜温层蓄热罐。因此,在选择带有相变换热器的混合蓄热罐时,应选择一个合理的入口工质流速。

(4)随着入口熔盐速度的增加,蓄热罐的总放热时间和有效放热时间都在快速下降,并且有效放热时间占据总放热时间的比例急速下降,由入口速度为 1.0×10–4m/s时的时间占比87.50%骤减到入口速度为6.0×10–4m/s时的时间占比57.59%。这也是造成蓄热罐放热效率快速下降的主要因素之一。

(5)填充床中石英石颗粒直径的改变对常规斜温层蓄热罐的放热性能产生较大影响,而对混合蓄热罐放热性能的影响则很小。

伍炳彩每日7点出门坐诊,下午1点半才回家。由于常思虑患者病情,他曾患上失眠。为了不影响健康,他每日最少午睡一刻钟,睡前温水泡脚一刻钟。

本文对太阳能混合蓄热罐放热特性的数值模拟研究,为蓄热罐的性能优化与实验研究提供了一定的参考依据,并对太阳能热发电蓄热系统的设计与发展具有一定指导意义。

参考文献

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[2]PACHECO J E,SHOWALTER S K,KOLB W J.Development of a molten-salt thermocline thermal storage system for parabolic trough plants[J].Journal of Solar Energy Engineering,2002,124(2):153-159.

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程友良,王月坤,张夏,韩健
《化工进展》 2018年第05期
《化工进展》2018年第05期文献
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