电热熔盐换热系统设计与性能-.研究

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1、万方数据l绪论硕士学位论文表1．1几种硝酸熔盐的组成和性质(400"C)(2)氯化物熔盐氯化盐种类众多，如MgCh(熔点714"(2)、KCI(熔点770℃)和NaCI(熔点802℃)、KCI-MgCh．NaCI(摩尔百分比22％-51％-27％，熔点401℃)，传热蓄热能力强、价廉易得，可用于600"C～1000℃温区。缺点是腐蚀性强，易发生潮解，而含结晶水的氯化物稳定性不高。(3)氟化物熔盐单组份氟化盐的熔点较高，如LiF和KF的熔点分别为848℃和856℃，一般用于900。C一1200℃温区。多用于空间太阳能发电和核能领域，空间太阳能

2、发电的吸热器普遍采用LiF和LiF．CaF2作为相交材料，核工业中常使用LiF．BeF2熔盐体系。缺点是由液态转变为固态时体积收缩较大，热导率低。由于氟离子有毒，必须在闭合循环中使用。(4)碳酸熔盐碳酸熔盐熔点较高，大部分在800℃左右，如Li2C03(熔点723℃)、Na2C03(熔点858℃)、K2C03(熔点898℃)和Na2COs．K2C03(摩尔百分比590／o-41％，熔点710。C)等。碳酸熔盐还有腐蚀性小，密度大等特点。但是其液态粘度较大，有些碳酸熔盐容易分解。Na2C03．K2C03碳酸熔盐体系最为常见，由于碳酸熔盐易分解

3、，其使用温度范围较低，Na2C03．K2C03(摩尔百分比59％_41％)使用温度范围只有710～830。C。(5)硫酸熔盐与碳酸熔盐相比，硫酸熔盐热稳定性良好，加热不易分解，使用温度也略高。熔点、液态粘度等与碳酸熔盐相似。硝酸熔盐工作温度范围为300～600℃，可以弥补蒸气和导热油使用温度范围以上300～600。C高温区域的空白，有广泛的应用前景，本文主要以硝酸熔盐为对象进行研究。1．2．2熔盐流动与换热研究熔盐的流动与换热特性是熔盐加热与换热系统设计的基础数据。国内外学者从实验万方数据硕十学位论文电热熔盐换热系统设计与性能研究研究和仿真

4、模拟中得到了很多应用经验。例如，在实验研究上，从1950年起，Hoffman和Cohenllo，11]先后研究了氟化盐和硝酸盐在圆管内的换热特性。1973年，Cooke和COX[12]发表了MSBR熔盐(L乖．BeF2-n】F4．UF4，摩尔百分比67．5*／o-20．0％．12．O％．0．5％)在光滑水平圆管内对流换热的实验关联式。国内学者叶猛等1131搭建了高温熔融盐传热试验台，初步得到实验条件下LiN03的平均对流换热系数为5550～11800W／m毛K，Nu数为150～320。刘斌等【14】进一步测量了LN03熔盐在圆管内的湍流对流

5、换热系数，其结论认为传统的Sieder-Thte关联式、Petukhov关联式、Hausen关联式或Gnietimki关联式等可用于熔盐对流换热计算。Wh等【15】实测了H砣c熔盐在圆管内的对流换热特性(层流、过渡流和湍流)，其结论亦表明现有的通用对流换热关联式也适用于熔盐。在仿真模拟上，Ferng等【16】采用CFD方法模拟了FlflqaK熔盐在圆管内的对流换热特性，其雷诺数范围为104～105，其数值模拟表明，充分发展流动时阻力系数与Blassim预测结果一致，努塞尔特数与Gnielkaski关联式预测结果一致。Srivastava等【

6、17】采用CFD方法模拟了FhNaK熔盐在圆管内的对流换热特性，其流动涵盖了层流和湍流，其雷诺数范围为400～10s，作者对比了数值模拟结果和已有关联式的预测结果。无论从实验还是数值模拟结果来看，熔盐在圆管内的对流换热均可采用已有的通用关联式。除了圆管外，一些学者研究了强化管或特殊流道内熔盐对流换热特性。丁静等【18】对H血ec熔盐在螺旋槽管和横纹管内的对流换热过程进行了实验研究，分析了温度、热流密度对横纹管传热性能的影响以及不同几何参数对螺旋槽管内的传热特性的影响，并利用CFD软件对高温熔盐管壳式相变换热器和高温熔盐吸热管进行了数值模拟。

7、杨敏林掣19】的实验结果表明高温高热流密度下熔盐吸热管的传热性能主要取决于熔盐流速，且高热流密度对传热过程中的温度影响非常显著。Lu等Do]研究了nitec盐在垂直环状流道中的对流换热特性，研究表明其换热规律(如努塞尔特关联式)与圆管流动并不一致。另外，熔盐的热物性对熔盐的流动和换热研究也具有重要的意义。TakahasN等【2l】利用DSC对LN03、Na：N03和KN03的比热和潜热进行了准确的测量，并且给出了比热的多项式拟合方程。Tufeu等E221N用同心圆柱法对纯净盐和混合盐的导热系数分别在～个大气压条件下进行了测量，对纯净的化合物

8、NaN02、NaN03和KN03进行了测量，同时还对相同比例的两种盐的混合物NaN03和KN03以及H跄c熔盐进行了测量。他们的实验值与按线性比例计算得到的数据基本相符。W丑lh