【摘 要】
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储热技术是解决热能利用中供需不匹配问题的重要技术途径,对于提升热能利用的效率和经济性具有重要意义。储热换热器作为实现储热技术的关键技术载体,新型储热换热系统的开发对于提升储热技术的发展和应用具有重要的学术和工程意义。基于固体显热材料宽温区、高体积储热容量和相变材料蓄放热温度和功率较稳定的特点,本文采用自然循环半开式热管换热实现高温显热蓄热单元（SH-unit）和相变过渡蓄热单元（PCM-unit）
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储热技术是解决热能利用中供需不匹配问题的重要技术途径,对于提升热能利用的效率和经济性具有重要意义。储热换热器作为实现储热技术的关键技术载体,新型储热换热系统的开发对于提升储热技术的发展和应用具有重要的学术和工程意义。基于固体显热材料宽温区、高体积储热容量和相变材料蓄放热温度和功率较稳定的特点,本文采用自然循环半开式热管换热实现高温显热蓄热单元（SH-unit）和相变过渡蓄热单元（PCM-unit）之间热量的高效输运,建立了有效储热密度高、放热功率稳定的新型自然循环梯级蓄热供热系统实验原型。在此基础上,对不同（150℃～250℃）显热蓄热温度在两种相变过渡蓄热启动状态（热过渡态、冷过渡态）下的系统的放热性能进行了实验研究。针对管壳式相变蓄热器放热过程中有效供热温差和凝固放热热阻变化特性,本文确定了在120 ml/min的供热流量下有效供热截止的两种最小供热温差判据:θsoh1=15.6℃（功率转折点）、θsoh2=13.6℃（热阻转折点）。在此基础上,对系统的循环放热特性以及蓄热温度、PCM-unit启动状态对供热特性的影响进行了具体研究。研究结果表明:在热过渡态运行下,系统的循环放热特性呈现出首次循环后相变过渡蓄热单元的有效蓄热量和放热容量利用率快速下降并快速趋于收敛稳定的特征。与热阻转折点相比,功率转折点下具有较高的平均放热功率,但放热容量利用率则有所下降。如在Tgra=150℃工况下,功率转折点下的放热容量利用率为27.1%,是热阻转折点的1.34倍;平均供热功率为196.1W,只有热阻转折点的89.7%。随着高温蓄热功率的升高,过渡蓄热单元的有效蓄热量增大,然放热容量利用率则先增大后减小。在冷过渡态运行下,蓄热工况实际充热率及效率随着蓄热功率的增大而减小。循环放热运行中,放热容量利用率几乎不随循环次数的增加而改变,蓄热容量利用率先增加后减小。随着高温蓄热功率的升高,过渡蓄热单元的有效蓄热量减小,然放热容量利用率则出先减小后增大。相同运行策略下,热过渡态、冷过渡态分别需6和17次循环达到稳定运行,过渡供热功率分别为264.97W、151.26W。虽稳态运行温度场类似,但热过渡态的平均功率、放热容量利用率分别高于冷过渡态64.29%和47.06%。总的来说,热过渡态循环运行性能优于冷过渡态。
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