毕业设计正文-相变蓄热器及其实验台设计.doc

毕业设计正文-,随着全球工业的迅猛发展,能源问题越来越为人们所关注。但是在许多能源利用系统中(如太阳能系统、建筑物空调和采暖系统、冷热电联产系统、废热利用系统等)存在着能量供应和需求之间时间性的差异,即存在着供能和耗能之间的不协调性,从而造成了能量利用的不合理性和大量浪费。有效解决这些问题的技术途径之一就是采用储能系统,它是缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式,是合理利用能源及减轻环境污染的有效途径,是广义热能系统优化运行的重要手段,而且使相应系统可按平均负荷设计,节约系统的初投资,对电网负荷峰、谷时间段电价分计的地区,它还可降低系统的运行费用。热能储存的方式主要有显热储热、潜热储热和化学反应储热等三种。显热储热主要是利用蓄热材料的温度变化来储存热能,其蓄热密度小,温度波动较大。但这种蓄热材料本身可以从自然界直接获得,如水,岩石活卵石材料等,化学稳定性好,价廉易得。在传热方面,可以采用直接接触式换热,或者传热流体本身就是蓄热介质,因而蓄、放热过程中强化传热技术相对比较简单,成本低。潜热储热也称相变蓄热,是利用相变材料(PCM)的相转变潜热进行热能储存,具有蓄热密度高、温度波动小(储、放热过程近似等温)、过程易控制等特点[1-3]。发生的相变过程有四种,常被利用的相变过程有固-液、固-固相变两种类型,而固-气和液-气相变虽然可以储存较多热量,但因气体占有的体积大,使体系增大,设备复杂,所以一般不用于储热。固-液相变是通过相变材料的熔化过程进行热量储存,通过相变材料的凝固过程来放出热量。而固-固相变则是通过相变材料在发生相变时固体分子晶体结构有序-无序的转变而可逆地进行储、放热。化学反应储热是利用可逆化学反应通过热能与化学热的转换储热的,它在受热和受冷时可发生可逆反应,分别对外吸热或放热,这样就可把热能储存起来。其主要优点是蓄热量大,而且如果反应过程能用催化剂或反应物控制,可长期蓄存热量。综合比较三种热能储存方式,相变蓄热以其储热密度大、蓄热器结构紧凑、体积小、热效率高、吸放热温度恒定、易与运行系统匹配、易于控制等突出的优点,日趋成为储热系统的首选系统,在许多节能和新能源利用领域具有诱人的应用前景,因而对相变蓄热材料、相变蓄热器的研究得到了国内外学者的广泛关注。、废热或太阳能吸收并储存起来,在需要的时候再把它释放出来的物质。它的种类很多,从材料的化学组成来看,可分为无机及有机材料(包括高分子类)两类;从储热方式来看,可分为显热、潜热及反应储热三种;从储热的温度来看,可分为高温及低温等类型。[1]理想的蓄热材料应符合以下条件:(1)热力学条件合适的相变温度,因为相变温度正是所需要控制的特定温度,对显热储存材料要求材料的热容大,对潜热储存材料要求相变潜热大,对反应热要求反应的热效应大;材料的热导率高,要求材料无论是液态还是固态,都有较高的热导率,以使热量可以方便的存入和取出;性能稳定,可以反复使用熔析和副反应;在冷、热状态下或固、液状态下,材料的密度大,从而体积能量密度大,相变时体积变化小,蒸气压低,使之不易挥发损失。(2)化学条件腐蚀性小、与容器相容性好、无毒、不易燃、无偏析倾向、熔化或凝固时不分层;对潜热型材料,要求凝固时无过冷现象,熔化时温度变化小;稳定性好。在多组分时,各组分之间的结合要牢固,不能发生离析、分解及其它变化,使用安全,不易燃、易爆或氧化变质。符合绿色化学要求,无毒、无腐蚀、无污染。(3)经济条件成本低廉,制备方便,便宜易得。在实际研制过程中,要找到满足所有这些条件的相变材料非常困难。因此,人们往往考虑有合适的相变温度和有较大的相变潜热的储热材料,而后再考虑其它因素的影响。国外对蓄热材料的研究工作早在20世纪70年代就已开始。最早是以节能为目的,从太阳能和风能的利用及废热回收,经过不断地发展,逐渐扩展到化工、交通、能源、电子等领域。其中在蓄热材料的理论研究工作方面,重点对蓄热材料的组成、蓄热容量随热循环变化情况、相变寿命、储存设备等进行了详细的理论研究[4],讨论了六水***化钠的相变热稳定性;文献[5]中详尽讨论了含水钠盐的热稳定性。文献[6]中介绍了选择相变材料必须以热力学、动力学、化学、经济性准则为依据,并依靠这些准则分析比较,给出了大量的适合于低、中、高温范围内的相变材料及基本的热物理性能参数。我国是在20世纪80年代开始着手研究蓄热材料的,而且早期主要研究对象是相变蓄热材料中的无机水合盐类,在众多的无机水合盐相变蓄热材料中,Na2SO4·10H2O是开发研究最早的一种。国内主要的研究工作有:1983年华中师范大学院德水等人对典型的无机水