多孔介質(zhì)中熔融鹽流體高溫斜溫層蓄熱熱特性-PPT課件

1、多孔介質(zhì)中熔融鹽流體高溫斜溫層蓄熱的熱特性 一、 背景主要內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)裝置三、數(shù)值模擬四、數(shù)值模擬結(jié)果與分析 五、模擬計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較 六、結(jié)論與下一步工作一、 背景聚光集熱子系統(tǒng)熱-功-電轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)蓄熱子系統(tǒng)1）蓄熱系統(tǒng)是太陽能高溫?zé)崂玫年P(guān)鍵子系統(tǒng)之一。冶金 能源開采 交通30.4%10.6%6%10%建材 23.5%化工工業(yè)能耗統(tǒng)計(jì) 污染物和CO2排放與能耗基本一致 有色鋼鐵2) 高效高溫蓄能技術(shù)在工業(yè)節(jié)能中具有重要意義以鋼鐵、有色金屬、建材、石化等為代表的大規(guī)模原材料工業(yè)占全國工業(yè)總產(chǎn)值的43%，但其能耗占工業(yè)總能耗的72%，占全國能源消費(fèi)總量的52%。高效蓄能技術(shù)在國家中長期科技

2、發(fā)展規(guī)劃中是重點(diǎn)優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略性能源技術(shù)！ 一、 背景一、 背景2）高效高溫蓄能技術(shù)在工業(yè)中的余熱利用a) 冶金部門總余熱資源占其燃料消耗量的50以上；機(jī)械、化工、玻璃搪瓷、造紙等企業(yè)占25以上。b) 高溫余熱。高于500的余熱資源，大部分來自工業(yè)爐窯。 直接燃燒燃料：如熔煉爐、加熱爐、水泥窯等； 爐料自身燃燒：如沸騰焙燒爐、炭黑反應(yīng)爐等； 國外城市垃圾焚燒爐的煙溫達(dá)到840-1100。c) 中溫余熱。溫在200500的余熱資源。各種熱能動(dòng)力裝置及某些爐窯設(shè)備中的高溫氣體在燃燒室或爐膛中做功或傳熱后排出的氣體一般在中溫范圍內(nèi)。3）蓄熱的作用意義容量緩沖可調(diào)度性和時(shí)間延遲提高年利用率電力輸出更平

3、穩(wěn)高效滿負(fù)荷運(yùn)行一、 背景4）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀存在大溫差對(duì)流換熱過程，其流動(dòng)和換熱特性規(guī)律研究是提高能量儲(chǔ)存與交換效率的重要途徑 一、 背景帶雙罐熔融鹽蓄熱裝置的塔式系統(tǒng)Fig. from Sun Lab一、 背景James等 斜溫層單罐間接蓄熱系統(tǒng)雙罐系統(tǒng)與斜溫層單罐系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性比較：65%4）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀5）熔融鹽高溫斜溫層混合蓄熱方法 （idea）31257498101- 高溫殼管式相變換熱器2- 斜溫層顯熱蓄熱段3- 低溫殼管式相變換熱器4- 底部進(jìn)出口5- 泡沫碳化硅陶瓷片7- 罐體8- 頂部進(jìn)出口9- 安全閥10- 罐蓋一、 背景斜溫層熱流體冷流體565290蓄熱過程斜溫層熱流體冷

4、流體565290放熱過程一、 背景5）熔融鹽高溫斜溫層混合蓄熱方法 （Principles）一、 背景6) 蓄熱系統(tǒng)性能的評(píng)價(jià)方法 德國科隆Pilkington太陽能公司認(rèn)為蓄熱器的性能取決于蓄熱密度、傳熱介質(zhì)與蓄熱介質(zhì)間的熱傳遞、蓄熱介質(zhì)的機(jī)械與化學(xué)穩(wěn)定性、熱損失、傳熱介質(zhì)/蓄熱介質(zhì)與換熱器的相容性、長期穩(wěn)定性等。雙罐熔融鹽蓄熱： 蓄熱密度、有效蓄熱容積；相變蓄熱裝置： 蓄放熱速率；單罐斜溫層蓄熱 ：斜溫層厚度、斜溫層的移動(dòng)速度。二、 實(shí)驗(yàn)裝置熔融鹽槽熔鹽泵控制柜數(shù)據(jù)采集儀N路信號(hào)旁通管蓄熱單罐過濾器流量計(jì)熔融鹽爐吹N2入口V3V2V6V9V8V5V1V7V10V4實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)示意圖TC11

5、x = 0mmTC2TC3TC4TC10TC1TC12x =420mmTC9a)b)二、 實(shí)驗(yàn)裝置蓄熱單罐實(shí)驗(yàn)件 溫度測點(diǎn)布置建模 ,TaTin，uinrxoTfho0m0.10.40.30.2局部熱平衡模型;FLUENT軟件 rxvelocity inletwalloutflowsymmetry GAMBIT 網(wǎng)格劃分o三、 數(shù)值模擬t1）斜溫層厚度與斜溫層的移動(dòng)速度的定義 軸向位置 /m斜溫層厚度a) 云圖b) 等值線圖c)忽略了斜溫層兩端的過渡段 四、數(shù)值模擬結(jié)果與分析 斜溫層軸向位置 2） 斜溫層厚度隨多孔介質(zhì)單位體積熱容量的變化a) 斜溫層厚度隨 (c)s 的減少而增大，但趨勢較緩慢

6、 b)斜溫層前鋒面的軸向移動(dòng)位置隨 (c)s的增大而滯后，意味著斜溫層的移動(dòng)速度隨 (c)s的增大而減少，可見，增大(c)s有利于增加蓄熱單罐的蓄熱容量 c) 當(dāng)(c)s(c)f時(shí)，填充多孔介質(zhì)卻將增加總蓄熱容量 多孔介質(zhì)的第一選擇原則為：選擇(c)s大于(c)f的多孔介質(zhì) 四、數(shù)值模擬結(jié)果與分析 3） 斜溫層厚度隨多孔介質(zhì)孔隙率的變化a）孔隙率對(duì)斜溫層厚度影響較少。 b)斜溫層前鋒面的軸向移動(dòng)位置隨 的增大而超前，意味著斜溫層的移動(dòng)速度隨的增大而增大，可見，孔隙率越小，有利于增加蓄熱容量。 四、數(shù)值模擬結(jié)果與分析 四、數(shù)值模擬結(jié)果與分析 4）蓄熱過程中斜溫層隨多孔介質(zhì)顆粒平均當(dāng)量直徑dp的變

7、化 顆粒當(dāng)量直徑dp對(duì)斜溫層厚度影響很少，斜溫層前鋒面的軸向移動(dòng)位置受dp的影響也很少 四、數(shù)值模擬結(jié)果與分析 5）蓄熱過程中斜溫層厚度的瞬態(tài)變化斜溫層的厚度隨著時(shí)間的進(jìn)程不斷增加，達(dá)到一定厚度后增加量逐漸趨緩 五、模擬計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較 1）蓄熱過程中進(jìn)出口溫度的變化 五、模擬計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較 2）蓄熱過程中軸向溫度分布 1）斜溫層厚度與斜溫層的移動(dòng)速度是表述單罐斜溫層蓄熱性能的重要指標(biāo)。2）多孔介質(zhì)填料能夠減少斜溫層的厚度和與斜溫層的移動(dòng)速度以及改善其形狀；3） 斜溫層的厚度隨著多孔介質(zhì)單位體積熱容量(c)s的增大而減少；采用單位體積熱容量(c)s大于(c)f，可降低斜溫層厚度。孔隙率對(duì)斜溫層厚度直接影響較少，但影響斜溫層的移動(dòng)速度；孔隙率小于0.4有利于降低斜溫層厚度。斜溫層厚度幾乎不受顆粒當(dāng)量直徑dp的影響。4）實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果：斜溫層的厚度隨著時(shí)間而增加，達(dá)到一定厚度后增加量逐漸趨；采用單位體積熱容量大于熔融鹽熱容量的多孔介質(zhì)填料，可增加單罐的蓄熱量。 六、結(jié)論與下一步工作六、結(jié)論與下一步工作下一步工作開展熔融鹽在多孔介質(zhì)中流動(dòng)阻力特性的研究，優(yōu)化