石墨泡沫-共晶鹽復(fù)合相變材料制備及其儲能單元模擬研究.pdf

1、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是太陽能利用的重要方式。但太陽能受環(huán)境因素影響較大，為提高熱發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性及其利用效率，亟需開發(fā)新型有效的高溫儲能系統(tǒng)。論文在此研究背景下，首先利用石墨泡沫的高導(dǎo)熱性，制備出適用于太陽能熱發(fā)電儲能系統(tǒng)的石墨泡沫/共晶鹽復(fù)合相變材料，并通過實驗研究了其穩(wěn)定性能；然后采用數(shù)值模擬方法對其儲能單元分析，研究了復(fù)合相變材料儲能過程；最后以總?cè)刍蹋r間和總平均熱流密度為考核指標(biāo)對儲能單元性能影響因素進(jìn)行分析評判?？v觀全文，得

2、出以下結(jié)論：
　?。?）經(jīng)20次、50次、100次熱循環(huán)測試，制備的石墨泡沫/共晶鹽的泄漏量分別為0.33％、2.99%、4.60%，且材料物質(zhì)結(jié)構(gòu)幾乎沒有變化。結(jié)果表明該復(fù)合相變材料在使用中具有較強的穩(wěn)定性，使用周期長，應(yīng)用價值高。
　　（2）對純共晶鹽與石墨泡沫/共晶鹽相變過程模擬研究發(fā)現(xiàn)：石墨泡沫/共晶鹽導(dǎo)熱系數(shù)高，減少了總?cè)刍蹋r間，提高了相變過程傳熱速率；石墨泡沫的局部熱非平衡模型對顯熱溫度場影響極低，對相變

3、過程溫度場影響較大；局部熱非平衡模型能夠客觀的反映復(fù)合相變材料的相變過程，更能從機理解釋石墨泡沫/共晶鹽相變過程中能量的傳遞；石墨泡沫的加入，降低了共晶鹽的儲能量，但總?cè)刍蹋r間顯著地縮短。提出總平均熱流密度的概念，分析了相變過程中總平均熱流密度的變化，從換熱利用效率角度分析儲能單元中石墨泡沫對共晶鹽的有利性。
　?。?）以總?cè)刍蹋r間和總平均熱流密度作為儲能單元性能的考核指標(biāo)，分析傳熱流體進(jìn)口溫度、進(jìn)口速度，儲能單元

4、的管長、管間距，相變材料的孔隙度等影響因素對相變過程儲能單元性能的影響。研究總結(jié)了上述因素與總?cè)刍蹋r間的變化規(guī)律，并分別擬合得到總平均熱流密度與上述因素的模擬關(guān)聯(lián)式。
　?。?）隨著孔隙率的增大，總?cè)刍蹋r間增大，總平均熱流密度先增大后減小，存大一個極大值點，此時相變儲能單元表現(xiàn)出最佳的儲能特性，極大值點對應(yīng)的孔隙度為0.711，擬合得到總平均熱流密度與孔隙度的關(guān)聯(lián)式為：熔化時，q=23ε2+34ε+7;凝固時，q=