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《管殼式相變換熱器貯熱換熱效果的數(shù)值研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、第29卷第12期太陽能學(xué)報V01．29．No．122008年12月ACTAENERGIAES0I．ARISSINICADec．，2008管殼式相變換熱器貯熱換熱效果的數(shù)值研究葉宏，趙曉，程丹鵬，徐斌(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)熱科學(xué)和能源工程系，合肥230027)摘要：選取了一種典型的貯熱管排列方式，殼側(cè)走水，管側(cè)填充相變材料，在此基礎(chǔ)上建立了管殼式相變換熱器對水流放熱的數(shù)理模型，并據(jù)此模型對換熱器放熱過程進行了計算，根據(jù)計算結(jié)果分析比較了管內(nèi)相變材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)、水的質(zhì)量流率、入口水溫、換熱器長度對換熱器整體性能的影響。通過對比換熱器貯熱量與同尺寸普通水箱的貯熱量，分析了該型換熱器相對于普通水箱的貯
2、熱優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：管內(nèi)強化傳熱；相變貯熱管；管殼式相變換熱器；有效導(dǎo)熱系數(shù)中圖分類號：TKS11．3文獻標(biāo)識碼：A了以單管為基礎(chǔ)的貯熱單元的貯、放熱過程，得出了0引言材料熔化、凝固過程的溫度分布圖J。相變貯能換熱器具有貯熱密度較高、貯放熱過現(xiàn)有的研究工作主要針對管內(nèi)流體流動、管外程近似等溫等優(yōu)點，因而在太陽能熱水系統(tǒng)、集中空相變貯熱的換熱模式。而對管內(nèi)相變貯熱、管外流調(diào)系統(tǒng)及航天工業(yè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。研究體流動的換熱模式則鮮見文獻報道。圖1是作者設(shè)相變材料貯放熱過程，對于相變材料的有效利用、換計的一種管殼式相變換熱器的示意圖。其中管側(cè)為熱器系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計及性能評估有著重要作用。國相變材料，
3、殼側(cè)走水，設(shè)有擋板以強化殼側(cè)換熱。對內(nèi)外已進行過不少這方面的研究工作。于這種換熱器，管側(cè)即相變材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)是GongZhenxiang等利用有限元分析了管殼式相影響換熱器整體性能的關(guān)鍵因素。另外，人口水溫、變換熱器內(nèi)相變材料從熱流體吸熱、對冷流體放熱流率、換熱器長度同樣可能對換熱器整體性能產(chǎn)生的過程，提出了冷流體與熱流體從同一入口流入(模影響。作者選取了一種典型的貯熱管排列方式，討式1)和從相反入口流人(模式2)兩種模式，并討論論了以上幾種因素對換熱器整體性能的影響，并在了不同模式、流體流率、入口溫度等對貯、放熱速率此基礎(chǔ)上分析比較了換熱器和同尺寸普通水箱的貯的影響，計算結(jié)果表明，模式l
4、的貯、放熱速率較模熱放熱能力。式2的高出約5％，貯、放熱速率隨流體流速增加而增加，模式1的貯、放熱速率相對于模式2貯、放熱速率的增量不隨流體流率增加，但這一增量將隨流體人口溫度的增加而減小，隨放熱持續(xù)時間的增加而減小口]?？灯G兵等提出了溫度熱阻模型，用迭代法對管側(cè)走水、殼側(cè)填充相變材料的同心套管的傳熱進行了求解，模擬分析了冷水、熱風(fēng)相變貯能換熱f器的貯、放熱性能_2]。AnicaTrp提出了一種管殼式入水口圖1管殼式相變換熱器縱剖面示意圖換熱器模型，相變材料填充于殼側(cè)，流體流經(jīng)管側(cè)與Fig．1Theschematicoftheprofileofthe管壁發(fā)生強迫對流。AnicaTrp對以石蠟為
5、貯熱材料shell-and-tubephasechangeheatexchanger的這種換熱器進行了實驗研究，并以數(shù)值方法分析收稿日期：2OO7—04—20基金項目：“十一五”國家科技支撐計劃(2006BAAO4B02)；國家自然科學(xué)基金項目(5o4O20o9)；安徽省自然科學(xué)基金項目(050440201)通訊作者：葉宏(1973一)，男，博士、副教授，主要研究方向太陽能、熱控。hye@ustc．edu．121l500太陽能學(xué)報29卷n4==●(1數(shù)理模型A=fbD
6、{1一aoJ(4)、t一其中，f——折流板間距，fb：0．0556m；D——換熱為簡化模型，作以下假設(shè)：①換熱器外殼是絕熱的；
7、②貯熱管軸向沒有熱傳導(dǎo)；③貯熱管n外一部對流條器殼體內(nèi)徑，D=0．252m。利用式(4)計算可得。+2n件是中心對稱的；④相鄰兩擋板之間各貯熱管與水=1．5×10～2。水的質(zhì)量流率=70kg／30min，水一==流問的對流換熱系數(shù)是相同的。三)19流流過管問最大截面時的流速u=2．59×10I2=以擋板為界，將換熱器分為9段，則第n段的水m／s。流能量平衡方程為：C定性溫度：除取壁溫外，其余參數(shù)均取流體^二w，L進、出口溫度的算術(shù)平均值。n在對流換熱系數(shù)h的計算中，各參數(shù)的值分別—為：取313K下飽和水的導(dǎo)熱系數(shù)0．613W／(In·K)；nd=19．159mm；l0=1．0×103kg／n3
8、；=8．55×10一(1)kg／(m·s)，為313K下飽和水的粘度；Pr=5．83，為其中，h~oov——貯熱管與水流問的對流換熱系數(shù)；313K下飽和水的普朗特數(shù)；=4．53X10kg／(m·——?第n段的貯熱管與水流問的對流換熱面s)，為335K下飽和水的粘度。積；T，——第n段的貯熱管的外壁面溫度；T和對相變材料的傳熱應(yīng)用有效熱容法5]，溫度To——分別為第n段的進、出VI水溫；T——換熱,
