板式相变储能单元的蓄热特性及其优化

doi:10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0107

储能科学与技术 ›› 2020, Vol. 9 ›› Issue (6): 1784-1789.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0107

板式相变储能单元的蓄热特性及其优化

刘丽辉(), 莫雅菁, 孙小琴, 李　杰()

长沙理工大学能源与动力工程学院，湖南长沙 410004

收稿日期:2020-03-15 修回日期:2020-03-25 出版日期:2020-11-05 发布日期:2020-10-28
通讯作者: 李　杰 E-mail:liulh0909@163.com;lijie@csust.edu.cn
作者简介:刘丽辉(1996—)，女，硕士研究生，研究方向为相变材料传热性能研究，E-mail：liulh0909@163.com；
基金资助:
国家重点研发计划项目(2018YFE011200);国家自然科学基金项目(51608051)

Thermal storage characteristics and optimization of plate-type phase change energy storage unit

Lihui LIU(), Yajing MO, Xiaoqin SUN, Jie LI()

School of Energy and Power Engineering, Changsha University of Science & Technology, Changsha 410004, Hunan, China

Received:2020-03-15 Revised:2020-03-25 Online:2020-11-05 Published:2020-10-28
Contact: Jie LI E-mail:liulh0909@163.com;lijie@csust.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

本文以板式相变储能单元为研究对象、石蜡作为相变材料，探究了不同单元结构内板式相变储能单元的蓄热过程，综合考虑相变储能单元中热电偶的布置、相变储能单元的宽高比及厚度的影响，对相变蓄热过程的换热效率进行了分析与讨论。结果表明：测点热电偶会加快石蜡熔化过程；液相材料内的自然对流加速了石蜡的熔化进程，使相变储能单元上部区域熔化速率高于下部区域；受浮升力以及换热面积的共同影响，宽高比为3∶1的相变储能单元熔化速率最快，宽高比为2∶3的储能单元熔化速率最慢；石蜡熔化总时长随厚度的增加呈抛物线形式增长。经济性分析表明，宽高比为3∶1、厚度为30 mm的相变储能单元为最优结构。

关键词: 相变储能单元, 自然对流, 熔化过程, 经济性分析

Abstract:

This study investigates the energy storage performance of a plate-type phase change energy storage unit (PCESU) containing a paraffin-based phase change material. The heat transfer rate is analyzed considering the layout of the thermocouples, aspect ratio, and thickness of PCESUs. The results show that the thermocouples at measuring points accelerate the melting process. Natural convection accelerates the melting process of paraffin. The melting rate in the upper region of PCESUs is higher than that in the lower region. Affected by the buoyance force and the heat transfer area, the PCESU with an aspect ratio of 3:1 presents the fastest melting rate, whereas that with an aspect ratio of 2:3 shows the slowest melting rate. The total melting time of paraffin parabolically increases with the increasing PCESU thickness. An economic analysis shows that the PCESU with 3:1 aspect ratio and 30 mm thickness has an optimal structure.

Key words: phase change energy storage unit, natural convection, melting process, economic analysis

中图分类号:

TK 02

刘丽辉, 莫雅菁, 孙小琴, 李　杰. 板式相变储能单元的蓄热特性及其优化[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(6): 1784-1789.

Lihui LIU, Yajing MO, Xiaoqin SUN, Jie LI. Thermal storage characteristics and optimization of plate-type phase change energy storage unit[J]. Energy Storage Science and Technology, 2020, 9(6): 1784-1789.

图/表 13

表1

表2

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图5

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图6

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参考文献 12

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宽高比	热电偶	1∶3	2∶3	3∶3	3∶2	3∶1
A组熔化历时/min	有	210	230	220	210	190
B组熔化历时/min	无	220	250	230	225	200

编号	C1	C2	C3	C4
宽/mm	345	283	245	220
高/mm	135	114	102	93
厚/mm	20	30	40	50

厚度/mm	相变材料(石蜡)		相变单元外壳(亚克力板)
厚度/mm	熔化时长/min	熔化速率/W	表面积/10⁴mm2	成本/元·个^-1
20	200	12.18	11.23	22.47
30	212	11.79	8.83	17.67
40	220	11.07	7.77	15.55
50	242	10.06	7.22	14.44

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Thermal storage characteristics and optimization of plate-type phase change energy storage unit

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