熔盐相变过程的强化传热数值模拟及实验研究

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熔融盐作为相变蓄热材料具有热容量大、温度范围广和热稳定性强等优点,被广泛应用在潜热蓄热领域。然而,相变材料普遍存在热导率低、使用寿命短等问题,不利于蓄热系统的稳定高效的运行。本文以熔盐为研究对象,针对熔盐相变过程的强化传热技术进行了实验及数值模拟研究,为熔盐相变蓄热系统的优化设计提供一定参考。主要工作内容如下:1.搭建了导热系数测试和熔盐蓄热实验平台。测试得到了熔盐和复合相变材料的导热系数,比较发现复合相变材料的导热系数是纯硝酸盐的3-5倍。相变蓄热实验得到了不同工况下蓄热容器内各水平截面熔盐的温度分布,对比分析了各工况的完全蓄热时间,为后续数值模拟工作提供实验数据参考。2.建立了熔盐相变数值模型,利用实验结果验证了模型的准确性。数值模拟得到了不同孔隙率泡沫金属插入式填充工况下熔盐的蓄热特性,分析了容器内熔盐蓄热过程的速度云图、液相率及温度云图等。通过对比各截面温差曲线,发现填充泡沫金属后熔盐的蓄热速率明显提升。3.研究了立式管壳式相变蓄热单元的翅片管、波节管结构的强化传热性能。利用正交优化方法得到了蓄热时间最短的翅片结构。分析了多结构下蓄热单元的蓄/放热液相率曲线、温度分布以及速度分布,并将单位质量相变材料蓄/放热强度作为蓄/放热性能评价指标,得到了性能最优的蓄热单元结构。4.探究了泡沫金属和翅片结构在卧式套管蓄热单元中的强化传热作用。结果表明,泡沫金属的结构参数、种类、填充位置以及不同形状的翅片结构都可以强化熔盐的热传导,保证温度场均匀性,但会对熔盐的自然对流产生抑制作用。并通过前文评价指标分析了各工况的综合蓄/放热性能。
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