竖直管加丝蓄冰过程的数值分析与实验研究

论文摘要

经济高速发展的同时用电量也在猛增，尤其是对于高空调负荷的夏季尤为突出，电力部门不得不经常采取“拉闸限电”的措施来保证重点用户的电力供应，这样就不可避免的会影响到一部分工业用户和居民正常的生产、生活，因此迫切需要寻找解决这一问题的措施，目前常用的方法是使用蓄能技术，来实现对电力负荷的调峰作用，即对平衡电力峰谷差，实现对电力负荷的“削峰填谷”作用。同时蓄能技术也能实现对余热废热的回收利用以及对太阳能的储存利用。虽然蓄能技术能够解决对电力负荷的峰谷差过大的问题，但其也不可避免的存在一些问题：显热蓄能容器体积过大、潜热蓄能材料性能不稳定、相变材料导热能力低等。针对盘管式蓄冰装置在蓄冰后期由于冰层热阻较大而大大降低蓄冷速率的问题，本课题希望寻找到一些高导热性能的材料，将其添加到竖直管的表面来强化蓄冰过程中的传热能力。这里利用车床的金属切削废丝，通过某种较方便合理的方式将其布置竖直铜管表面来研究其对传热性能的强化效果，这就是本文的主要任务。本文采用数值模拟和实验研究两种方法来研究该过程，运用多孔介质理论来建立数学和物理模型，使用数值计算商业软件来模拟该过程，并使结果可视化；然后搭建合理的实验台，设计合适的实验方案来进行实验，考察不同冷媒入口温度、加金属丝疏密度、不同金属丝材质对蓄冰的强化效果；对比二者的温度逐时分布情况，同时分析二者的异同。本文重点考虑了蓄冰过程中水的密度变化情况，该变化是由于温度的变化引起的，另外采用数值计算软件提供的用户自定义函数将密度的变化规律编写成软件能识别的程序，将其导入软件中，这样就能较真是的反映蓄冰装置中水的流动和传热问题。最后，本文对比了不同孔隙率的多孔介质强化蓄冰的效果，从结冰量、温度云图、点对点对比等方面来入手，提出了较好的强化蓄冰的孔隙率情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 冰蓄冷技术的概述
• 1.3 冰蓄冷技术国内外研究现状
• 1.4 相变材料强化传热国内外研究现状
• 1.4.1 相变材料强化传热国内研究现状
• 1.4.2 相变材料强化传热国外研究现状
• 1.5 本文的研究内容及目的
• 1.6 本文的构架
• 第二章 竖直管加丝冰蓄冷数理模型及模拟条件
• 2.1 竖直管加丝冰蓄冷的物理模型
• 2.2 竖直管加丝冰蓄冷的数学模型
• 2.3 多孔介质常用参数
• 2.4 数值计算软件简介
• 2.5 网格划分及边界条件
• 2.6 本章小结
• 第三章 竖直管加丝蓄冰实验系统及实验方法
• 3.1 竖直管加丝冰蓄冷实验系统
• 3.2 实验仪器设备及实验参数
• 3.3 实验方法设计
• 3.4 相关参数的定义
• 3.5 实验数据误差分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 竖直管加丝蓄冰结果分析与讨论
• 4.1 竖直管加丝蓄冰过程的模拟结果
• 4.1.1 加丝管蓄冰桶体内温度分布规律及蓄冰情况
• 4.1.2 不同冷媒入口温度对加丝管蓄冰的影响
• 4.2 竖直管加丝蓄冰过程的实验结果
• 4.2.1 加金属丝竖直管外蓄冰过程的温度变化情况
• 4.2.2 冷媒温度对加金属丝竖直管外蓄冰的强化效果
• 4.2.3 丝网体径比对加丝管外蓄冰的强化效果
• 4.2.4 丝网材质对加丝管外蓄冰的强化效果
• 4.3 竖直管加丝蓄冰过程数值结果与实验结果的对比及分析
• 4.4 不同孔隙率下的数值模拟结果对比
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文
• 致谢