无机盐相变材料（PCMs）及其蓄冷系统研究

论文摘要

作为移峰填谷有效手段的蓄冷技术在我国的应用日渐广泛。无机盐以其蓄冷密度大、价格低的优点成为有潜力的相变蓄冷材料,但是存在过冷度和相分离的缺点。本文对无机盐溶液在相变中的过冷及传热问题进行了分析和研究。通过对无机盐溶液相变材料冷却过程施加振动,研究了振动对蓄冷剂过冷度的影响。实验采用10%Na2CO3和10%NH4Cl两种无机盐溶液作为蓄冷剂,振动功率变化为0～20 W。在恒温槽内温度为-6.7℃时,比较了Na2CO3溶液有无振动条件下的步冷过程;恒温槽内温度为-7.2℃时,振动强度为0～20 W下Na2CO3溶液的步冷过程;槽内温度在-18℃时,NH4Cl溶液有无振动条件下的步冷过程。结果表明:振动加快了蓄冷剂的冷却速度、缩短了冷却时间、减小了过冷度;振动强度越大,减小过冷度的效果越明显;当振动强度为20 W、槽温为-7.2℃时,减小Na2CO3过冷度约2.0℃。对自制蓄冷系统进行了蓄放冷实验研究。采用国内知名组态软件——组态王,对该蓄冷系统进行能量管理与控制。结果表明:控制系统运行稳定,操作方便,能实时完成复杂数值计算,且具有较强鲁棒性。蓄冷系统的整体运行效率达到70%左右。通过对蓄冷系统进行经济性分析,得出结论:该系统采用优化控制后,可以降低运行费用,能够达到较好的收益。收回成本需要约2年的时间。故可以将蓄冷系统推广,尝试在化工行业中的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 本文研究内容
• 第2章 文献综述
• 2.1 蓄冷技术概述
• 2.1.1 蓄冷技术的研究现状和发展趋势
• 2.1.2 蓄冷技术原理
• 2.1.3 蓄冷方式分类
• 2.1.4 蓄冷系统蓄能类别
• 2.1.5 蓄冷系统的控制策略
• 2.2 相变蓄冷材料综述
• 2.2.1 相变蓄冷材料
• 2.2.2 相变过程理论分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 相变蓄冷材料过冷特性的实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验装置及步骤
• 3.2.1 实验装置
• 3.2.2 实验步骤
• 3.2.3 实验结果与讨论
• 3.2.4 结论
• 3.3 本章小结
• 第4章 蓄冷中试系统实验研究
• 4.1 实验装置及实验过程
• 4.1.1 主要器件的选择
• 4.1.2 实验装置图
• 4.1.3 实验过程
• 4.2 系统蓄放冷实验特性实验结果
• 4.3 系统能效计算分析
• 4.3.1 制冷循环的热力计算
• 4.3.2 立式蓄冷槽能量损失计算
• 4.3.3 系统总能量
• 4.4 本章小结
• 第5章 蓄冷系统冷量管理及其实现
• 5.1 引言
• 5.2 软件运用
• 5.2.1 组态王简介
• 5.2.2 组态王与MATLAB的DDE通信
• 5.3 界面设置
• 5.4 硬件的选择及设计
• 5.4.1 A/D、D/A卡的选用
• 5.4.2 蓄冷系统控制回路的设计
• 5.5 各部件的标定及调试
• 5.6 系统运行调试结果
• 5.7 本章小结
• 第6章 蓄冷系统工业化可行性研究
• 6.1 引言
• 6.2 经济性分析
• 6.2.1 PCM蓄冷系统简化经济模型
• 6.2.2 蓄冷系统的控制策略的优化选择
• 6.3 工业化实现的条件
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议与展望
• 7.2.1 建议
• 7.2.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢