泡沫金属对相变蓄热箱强化换热特性研究

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1、类号：学校代码：１００６９密级：学号２０１５０２：１１８ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＣＯＭＭＥＲＣＥ硕士学位论文泡沫金属对相变蓄热箱强化换热特性研究ＳｔｕｄｏｎＨｅａｔＴｒａｎｓｆｅｒＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＦｏａｍＭｅａｌｔｏｙｔＰｈａｓｅＣｈａｎｇｅＨｅａｔＳｔｏｒａｇｅＴａｎｋ研究生：杨亚星、专业名称：供热供燃气、通风及空调工程指导教师：陈华教授提交日期：２０１８年５月二〇一八年五月分类号：学校代

2、码：10069密级：研究生学号：120150182泡沫金属对相变蓄热箱强化换热特性研究StudyonHeatTransferEnhancementCharacteristicsofFoamMetaltoPhaseChangeHeatStorageTank研究生姓名：杨亚星专业名称：供热、供燃气、通风及空调工程指导教师姓名：陈华教授论文提交日期：2018年5月学位授予单位：天津商业大学独创性声明及使用授权声明一、学位论文独创性声明本人所撰写的学位论文是在指导教师的指导下独立完成的研宄成果。除已明确标注或得到许可外

3、，所撰写的学位论文中不包含他人己申请学位或其他用途所使用过的成果，不包含其他个人或集体己经发表或撰写过的研宄成果，本人的指导教师对此进行了审定。对本文的研究做出重要贡献的个人或集体，本人已在文中做出明确的说明并表示谢意。如有不实，本人承担相应责任。二、学位论文及研宄成果使用授权声明本人同意授权天津商业大学以非赢利方式保存、使用本人的学位论文的电子版及纸质版。授权天津商业大学将本论文的全部内容或部分内容提供给有关方面编入数据库进行检索、出版及提供信息服务。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印

4、件和磁盘、。。本人在校期间取得的研究数据相关成果等知识产权归天津商业大学所有注：涉及保密的学位论文在解密后适用本授权。学位论文作者签字：務］指导教师签字：曰期：ｙ年／月曰／ｊＪ摘要蓄热技术是一种既可以解决能源供给与需求失配矛盾，又能够提高能源利用效率和保护环境的重要技术。在蓄热技术中应用较为广泛的相变材料不仅具有熔解热大、性能稳定、温度范围较广、无腐蚀性、无析出分离等优势，而且来源丰富，经济效益大，因此是非常具有实际应用价值的材料，但这种材料也并非完美，由于其导热率较低和密度较小，使得相变材料的

5、大规模应用受到了一定程度的限制。本文以此为研究背景，利用空气源热泵系统实验台中制冷剂循环经过泡沫铜/纯石蜡复合相变材料相变蓄热箱或纯石蜡相变蓄热箱，对加入泡沫铜前、后相变箱内相变材料在蓄热过程中温度稳定性、均匀性及熔化速率进行对比。并通过系统运行无冷凝热回收模式和部分冷凝热回收模式（泡沫铜/纯石蜡），对两种不同的运行模式工况下系统的吸排气压力、压缩机功率、制冷量、制冷性能系数进行相应的对比分析，同时对泡沫铜/纯石蜡相变蓄热箱冷凝热回收及综合能效系数进行分析，得出泡沫铜/纯石蜡相变蓄热箱蓄热过程对空气源热泵空调系统性能的影响

6、。在放热过程中，自来水循环经过相变蓄热箱，对加入泡沫铜前、后相变蓄热箱内上、中、下相界面在横截面上和纵截面上的温度变化及制取的生活热水水箱内的温度变化进行分析，实验数据表明：（1）相较于纯石蜡，泡沫铜/纯石蜡复合相变材料在蓄/放热过程中，不但加快了蓄/放热速率，而且使得相变蓄热箱内各个测点温度差异减小，纵截面上温度分层现象得到改善。此外加入泡沫铜后相变蓄热箱内测点相变响应时间缩短，在蓄热过程中测点达到稳定状态的时间比纯石蜡相变蓄热箱缩短了1个小时左右，在放热过程中测点放热完成时间比纯石蜡相变蓄热箱缩短了15分钟左右。（2）

7、对于空气源热泵空调系统而言，当系统运行部分冷凝热回收模式（泡沫铜/纯石蜡相变蓄热箱），压缩功率相对恒定在1.65kw左右，制冷量约为6.25Kw左右，制冷性能系数约3.8，综合能效系数约为4.3左右。当系统运行无冷凝热回收模式下压缩功率基本恒定在1.5kw，制冷量约为4.25Kw，制冷性能系数约为2.4。部分冷凝热回收模式（泡沫铜/纯石蜡相变蓄热箱）相较于无冷凝热回收模式单位质量的制冷量及制冷性能系数明显提高，系统运行部分冷凝热回收模式有利于提高系统的制冷量及综合能效系数。实验完成后，采用fluent模拟手段对加入泡沫铜前

8、、后相变蓄热箱蓄热过程建立准确的物理模型，同时对在不同时刻的液相率、温度场等模拟结果进行分析，结果表明，泡沫铜/石蜡相变蓄热箱在蓄热过程中，其液相分布更加均匀，液相区面积扩张更为迅速，液相石蜡所占比率更高；两种不同相变材料相变蓄热箱在蓄热过程中均会产生不同程度的热堆积现象，在横截面上，两种不同相变材料均