相變套管式儲(chǔ)熱系統(tǒng)放冷性能實(shí)驗(yàn)研究

白志蕊，徐洪濤，屈治國(guó)，張劍飛，苗玉波

（1 上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，上海市動(dòng)力工程多相流動(dòng)與傳熱重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200093；2 西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，熱流科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710049）

引 言

隨著人們對(duì)能源需求的增大，能源供需不匹配的問(wèn)題逐漸加劇。熱能儲(chǔ)存(thermal energy storage,TES)技術(shù)能夠有效緩解上述問(wèn)題，是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)移峰填谷、節(jié)能降耗的有效方法[1-4]。分層水箱系統(tǒng)（stratified water system，SWS）作為典型的顯熱儲(chǔ)存系統(tǒng)，具有較高的熱容量但儲(chǔ)熱密度較低[5-6]。與顯熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)相比，潛熱儲(chǔ)能（latent heat thermal energy storage，LHTES）系統(tǒng)利用相變材料（phase change material，PCM）在相變過(guò)程中儲(chǔ)存或釋放大量潛熱，具有較高的能量密度且相變過(guò)程中溫度幾乎恒定[7-8]，被廣泛應(yīng)用在建筑節(jié)能、太陽(yáng)能發(fā)電、制冷低溫等[9-12]領(lǐng)域。

考慮到PCM 的熱導(dǎo)率較低[13]，限制了LHTES 系統(tǒng)的傳熱速率及系統(tǒng)效率[14]，可通過(guò)添加翅片[15-16]、制備相變微膠囊[17-18]或復(fù)合高熱導(dǎo)率材料[19-21]等方法來(lái)有效增強(qiáng)。Yang 等[22]模擬研究插入環(huán)形翅片對(duì)套管式LHTES 系統(tǒng)熔化過(guò)程的影響，結(jié)果表明加入翅片有效促進(jìn)了熱傳導(dǎo)過(guò)程，PCM 熔化時(shí)間最高可減少65%。Zhao 等[23]實(shí)驗(yàn)研究了膨脹石墨（expanded graphite，EG）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)PCM 傳熱的影響，研究表明EG質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.0%時(shí)，熱導(dǎo)率可由0.37 W·m-1·K-1增加到2.21 W·m-1·K-1，相同熱功率下，達(dá)到相同溫度縮短大約26%。Esapour 等[24]模擬研究了多管換熱器中嵌入金屬多孔泡沫對(duì)PCM 熔化過(guò)程的影響，結(jié)果表明嵌入孔隙度為0.9 和0.7 的金屬泡沫可以分別使熔化時(shí)間減少14%和55%。另外，傳熱流體（heat transfer fluid，HTF）側(cè)增強(qiáng)換熱也可有效改善LHTES 系統(tǒng)的傳熱速率。Chen 等[25]實(shí)驗(yàn)研究了換熱流體流量對(duì)罐內(nèi)管式LHTES 系統(tǒng)儲(chǔ)能速率的影響，結(jié)果表明Re 從4200 增加到14200時(shí)，PCM 相變時(shí)間可減少21%。……