复合相变蓄冷材料热物性研究及其在冰箱数值模拟中的应用

论文摘要

能源危机、电力紧张已成为21世纪我国面临的重大课题。蓄能是解决能源紧张、缓和用能时间不均的有效措施之一。近年来,蓄冷成了国际性热门课题,而目前蓄冷技术的研究和应用主要集中在空调领域,国内外对0℃以下的低温相变蓄冷材料及其应用的研究还比较少,但在医药、食品、低温物流、冷库、低温冰箱等众多行业,0℃以下温度范围的蓄冷有巨大的需求,因此,进行低温相变蓄冷材料的基础研究,测定其基本的热物理性能,对以后低温蓄冷技术的大规模应用尤为重要。本文将有机物相变蓄冷材料和无机物相变相混合,配制出相变温度为-16℃～-21℃,相变潜热207J/g～212 J/g的低温复合相变蓄冷材料,并将其应用在冰箱里。在实验研究中,利用DSC测得无机物氯化铵溶液、有机物乙二醇溶液的凝固温度、相变潜热,再按一定的比例配制出氯化铵和乙二醇的混合溶液,并测出其凝固温度及相变潜热。筛选出满足冰箱蓄冷温度范围的、相变潜热大的混合溶液。再用DSC测出混合溶液的比热,用低温冰箱作恒温冷源,用铜-康铜热电偶测量蓄放冷过程的温度变化,记录结果并绘出蓄冷和释冷过程曲线图。利用FLUENT软件对冰箱内敷管蓄冷板的凝固融化过程及冰箱箱体内的温度场、流场进行数值模拟研究,得到凝固过程中不同时刻蓄冷板内蓄冷材料的温度场及固液相比例。把模拟的结果与普通冰箱的保冷时间相比较,结果表明:敷设蓄冷板的蓄冷冰箱保冷时间较长,从而可减少压缩机启停频率,避免了频繁启动的功耗,达到了节能的效果。根据不同的冰箱功率调整蓄冷剂的用量,可实现夜间开机制冷蓄冷,白天用电高峰时,不开机也能制冷,节省电费,实现“削峰填谷”。而且蓄冷冰箱箱内空气的温度场、流场更均匀,一定程度上提高了食品储存的品质。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号表
• 1 引言
• 1.1 本课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外发展综述
• 1.2.1 蓄能技术国外状况
• 1.2.2 蓄能技术国内状况
• 1.2.3 冰箱蓄能技术的发展状况
• 1.3 本文的研究内容及技术路线
• 2 相变蓄冷材料的研究综述
• 2.1 相变蓄冷材料的分类
• 2.2 相变蓄冷材料的选择
• 2.3 相、相图理论
• 2.3.1 相律
• 2.3.2 相图
• 2.3.3 三元相图
• 2.3.4 相变机理
• 2.4 凝固点降低定律
• 3 复合相变蓄冷材料的实验研究
• 3.1 相变材料的筛选
• 3.2 相变材料的相变温度和相变潜热的DSC 法测量
• 3.2.1 搭建实验台
• 3.2.2 相变潜热和相变温度的测定
• 3.3 蓄冷和释冷过程稳定性测试
• 3.3.1 搭建实验平台
• 3.3.2 蓄放冷实验结果与分析
• 3.3.3 误差分析
• 3.4 相变蓄冷材料比热的测量
• 3.4.1 测量方法
• 3.4.2 测量结果
• 3.5 导热系数的理论估算
• 3.6 腐蚀性实验
• 3.6.1 实验部分
• 3.6.2 结果讨论
• 4 数值计算模型的建立
• 4.1 物理模型
• 4.2 数值计算模型
• 4.2.1 基本假设
• 4.2.2 控制方程
• 4.2.3 边界条件
• 4.3 计算区域离散化
• 4.3.1 网格生成技术
• 4.3.2 GAMBIT 简介及网格划分
• 4.4 控制方程离散与求解
• 4.4.1 控制方程离散
• 4.4.2 离散方程的求解
• 4.4.3 FLUENT 介绍及数值计算
• 5 数值计算与测算结果对比分析
• 5.1 理论预测
• 5.2 模拟结果与分析
• 5.2.1 模拟结果
• 5.2.2 结果分析
• 6 结论及进一步工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录