【摘 要】
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降低能耗和碳排放减量是当前及未来较长时间内国家乃至全球的重点工作,因此促进能源结构转型,推动可再生能源利用的重要性不容小觑。蓄能技术能够在用能的时间序列上调整能源供需关系,是推广可再生能源代替传统能源的关键技术之一。本文针对解决北方清洁采暖系统热水供需的中间蓄热换热问题,对采用相变蓄能的三套管相变蓄热换热器进行了研究。利用基于带精英策略的非支配排序遗传算法提供了一种三套管相变蓄热换热器几何尺寸多目
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降低能耗和碳排放减量是当前及未来较长时间内国家乃至全球的重点工作,因此促进能源结构转型,推动可再生能源利用的重要性不容小觑。蓄能技术能够在用能的时间序列上调整能源供需关系,是推广可再生能源代替传统能源的关键技术之一。本文针对解决北方清洁采暖系统热水供需的中间蓄热换热问题,对采用相变蓄能的三套管相变蓄热换热器进行了研究。利用基于带精英策略的非支配排序遗传算法提供了一种三套管相变蓄热换热器几何尺寸多目标优化方法,对三套管相变蓄热换热单元的关键结构进行了改进,在此基础上设计了三套管相变蓄热换热集成模块并对其蓄释热动态性能进行了实验探究。首先,建立了三套管相变蓄热换热单元换热效率ε、蓄热功率Pt和换热单元的质量M关于内、外管管径和套管管径r1、r2、r3的多目标优化完整数学描述,对优化变量取值与每一个目标函数之间关联进行了分析。随后,对三套管相变蓄热换热单元几何尺寸进行了优化。基于多目标优化算法得到了设计工况下的帕累托前沿,结合后续实验场地情况和实际应用条件确定了三套管相变蓄热换热单元的内管管径r1=0.014m,套管管径r2=0.041m,外管管径r3=0.052m。对优化后三套管相变蓄热换热单元进行了集成模块设计,对比发现,集成模块在质量同比例增加的情况下,换热效率提高了2.12%,蓄热功率提升了73.23%。构建了三套管相变蓄热换热器性能测试系统实验台。通过实验研究揭示了换热流体运行参数和系统运行模式与相变蓄热换热器蓄释热动态性能之间的联系。研究表明:提高换热流体的蓄热温度可以显著削减蓄热过程完成的时间,换热流体体积流量对于蓄热过程的影响较小。合理提高释热温度可延长相变材料释热时间,释热时间受体积流量影响不明显。双套管释热模式可以获得较长的释热时间,但换热效果较差。相变蓄热换热器供热能力对释热温度的响应敏感,对体积流量变化的响应在层流流态下更为敏感。适当提高释热温度,减小体积流量可以提高相变蓄热换热器的供热能力。
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