相变材料对盐梯度太阳池热性能影响的实验和理论研究

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随着环境和传统能源短缺问题的日益严重,太阳能作为理想的清洁能源逐渐在经济发展中扮演越来越大的作用。盐梯度太阳池是太阳能利用的一种方式,兼有对太阳辐射能的吸收和储存作用,不仅是对当今传统能源的重要补充,更是未来太阳能应用的重要形式。本文以盐梯度太阳池为研究对象,从实验和理论两个方面研究分析。提出了在盐梯度太阳池(SGSP)储热层(LCZ)加入复合相变材料(PCM)蓄热单元以提高其热性能的方法。首先通过可行的方式制备出低成本、热性能较好的复合PCM蓄热单元,然后基于程序控温模拟盐梯度太阳池实验台,研究了添加复合PCM(50℃熔点石蜡RT50和60℃熔点石蜡RT60)蓄热单元对SGSP温度场的影响,根据实验数据对盐梯度太阳池进行瞬态?分析计算,最后利用COMSOL Multiphysics建立数值仿真模型并与实验结果对比。各部分主要工作及结论如下:采用添加钢丝的可行方式制备出低成本、热性能较好的复合相变材料(PCM)蓄热单元,不同条件下使其传热系数相比纯石蜡分别提高17.16%(55℃熔化过程),18.84%(65℃熔化过程),35.15%(凝固过程),证明添加钢丝的确能够大幅提高复合相变材料的传热系数,并且钢丝不会影响石蜡的熔化潜热和熔化峰值温度,但石蜡循环相变5次后,其熔化潜热会降低10%左右。实验研究表明:在相变材料发生相变阶段,添加复合PCM蓄热单元的盐梯度太阳池昼夜最大温差分别降低了2.87℃和2.53℃,瞬态?参量分别增加了13.52%和20.46%。说明PCM对盐梯度太阳池储热层的温度变化具有良好的稳定作用,并且可以优化SGSP储热层热性能。数值研究表明:在相变材料发生相变阶段,添加复合PCM蓄热单元的盐梯度太阳池昼夜最大温差分别降低了1.29℃和1.99℃,实验与数值结果具有良好的一致性。验证了此数值模型的合理正确性,并且数值结果显示添加PCM能相对降低盐梯度太阳池LCZ区域温度,抑制流场流速,对维持SGSP的稳定性有一定的积极意义。
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