0 引言
1 蓄热装置与实验系统
1.1 蓄热装置
Fig. 1 Structure of cascade storage unit图1 梯级蓄热装置结构图 |
Fig. 2 Structure of micro heat pipes array图2 微热管阵列结构图 |
Table 1 Thermophysical properties of phase change materials表1 相变材料物理性质 |
材料 | 固/液密度/(g/m3) | 比热容/[kJ/(℃∙kg)] | 导热系数/[W/(m2∙K)] | 潜热/(kJ/kg) | 相变温度/℃ |
---|---|---|---|---|---|
52#石蜡 | 1.05/0.80 | 2.83 | 0.110 | 153.4 | 47 ~ 52 |
月桂酸 | 1.01/0.86 | 2.45 | 0.147 | 189.0 | 41 ~ 43 |
Fig. 3 Working principle schematic of heat pipe in charging and discharging process图3 热管蓄放热运行原理图 |
1.2 实验系统
Table 2 Parameters of the testing equipment表2 测量设备参数 |
设备名称 | 型号 | 精度 |
---|---|---|
恒温水浴 | W-2002A | — |
数据采集仪 | Agilent34970A | 0.004% |
流量计 | LUGB-12100P1A3 | 1.5% |
热电偶 | WRNK-191 | ±0.4%|T| |
Fig. 4 Schematic of the heat storage system图4 蓄热系统图 |
Fig. 5 Measuring position of thermocouples图5 蓄热器内温度测点分布图 |
1.3 实验工况
Table 3 Experimental conditions表3 实验工况 |
蓄/放热过程 | 运行工况 | |
---|---|---|
入口温度/℃ | 风量/(m3/h) | |
蓄热过程 | 60 | 55 |
65 | 55 | |
70 | 55 | |
70 | 45 | |
70 | 35 | |
放热过程 | 30 | 55 |
25 | 55 | |
20 | 55 | |
20 | 45 | |
20 | 35 |
2 实验结果与数据分析
2.1 评价指标与计算方法
2.2 误差分析
Table 4 Relative error of parameters表4 参数相对误差 |
参数 | 相对误差/% |
---|---|
Pst | 2.3 |
Pex | 3.4 |
ηst | 4.5 |
ηex | 4.1 |
2.3 蓄热过程实验结果与分析
Fig. 6 Average temperature (a) and heat supply power (b) curves of phase change materials under different inlet temperatures in charging process图6 蓄热过程不同入口温度下相变材料的平均温度(a)和蓄热功率(b)变化曲线 |
Fig. 7 Average temperature (a) and heat supply power (b) curves of phase change materials under different volume flow rates in charging process图7 蓄热过程中不同风量时相变材料的平均温度(a)和蓄热功率(b)变化曲线 |
2.4 蓄/取热过程平均有效性分析
Table 5 Average effectiveness in charging and discharging process under different working conditions表5 不同工况下蓄热和放热过程的平均有效性 |
蓄/放热过程 | 工况 | 平均有效性 | |||
---|---|---|---|---|---|
入口温度/℃ | 风量/(m3/h) | 蓄热器1 | 蓄热器2 | ||
蓄热过程 | 60 | 55 | 0.46 | 0.33 | |
65 | 55 | 0.47 | 0.42 | ||
70 | 55 | 0.47 | 0.43 | ||
70 | 45 | 0.50 | 0.47 | ||
70 | 35 | 0.64 | 0.58 | ||
放热过程 | 30 | 55 | 0.39 | 0.28 | |
25 | 55 | 0.39 | 0.30 | ||
20 | 55 | 0.38 | 0.33 | ||
20 | 45 | 0.54 | 0.51 | ||
20 | 35 | 0.58 | 0.54 |
2.5 梯级与单级蓄热装置的蓄热性能比较
Fig. 8 Heat supply power curves of cascade and single-stage heat storage unit in charging process with an inlet temperature of 70 °C and an air flow of 55 m3/h图8 入口温度为70 ℃、空气流量为55 m3/h工况下梯级和单级蓄热装置的蓄热功率变化曲线 |
Table 6 Evaluation parameters of LHSU-II in cascade and single-stage heat storage unit during the charging process表6 蓄热过程梯级和单级蓄热装置蓄热器2的评价指标 |
工况 | 蓄热时间/min | 蓄热功率/W | 平均有效性 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
入口温度/℃ | 风量/(m3/h) | 梯级 | 单级 | 梯级 | 单级 | 梯级 | 单级 | |||
60 | 55 | 54 | 224 | 119.78 | 46.06 | 0.33 | 0.26 | |||
65 | 55 | 43 | 113 | 144.07 | 87.00 | 0.42 | 0.30 | |||
70 | 55 | 36 | 64 | 155.33 | 118.35 | 0.43 | 0.32 | |||
70 | 45 | 42 | 56 | 142.79 | 92.32 | 0.47 | 0.36 | |||
70 | 35 | 37 | 62 | 132.27 | 84.84 | 0.58 | 0.45 |