基于Al-Si-Cu-Mg-Zn合金的高温储热系统设计

论文摘要

随着社会的不断发展,人类对能源的需求日益增加,而能源又与人类社会的生存与发展休戚相关,想要得到社会的持续发展,我们必须得到一个可以持续给我们提供巨大能量的能量来源。所以为了实现可持续发展,我们必须找到新能源。在这些新能源中,太阳能因其丰富,环保等一系列优点受到大家的青睐。但是太阳能在应用中的缺点也显而易见,稀薄性、间断性和不稳定性成为阻碍太阳能应用的因素。因此,储存太阳能是连续利用太阳能满足生产需要的有效途径。在多种储热技术中,固-液相变储热因具有储热密度大、储热过程近似恒温、体积变化小、过程易控制等优点而得到各国科学家的广泛重视。在储热环节之中,储热室的结构直接决定了储热的效率。本文的内容就是研究设计出一套基于Al-Si-Cu-Mg-Zn合金相变储热的储热系统,其核心是储热室的设计,合理的结构设计可以提高储热室内的热交换能力,延长储热系统寿命,增强系统运行稳定性。本文设计了优良的保温材料组合,探讨了铝合金管道材料的合理选择,管道中储热材料的密封以及储热室结构的设计和储热室内的套管结构,并借助计算机三维绘图软件Pro/e绘制出储热室的三维模型。最终的目的是设计一套合理的实验设备,为以后通过实验装置,考核该储热系统的储热效率,评估储热材料对管道材料的腐蚀等情况打下基础。作为采集实验数据的辅助设施,我们还根据实验装置的特点配合了一套储热器的充热、放热过程的性能指标测试与评价装置。该评估装置的主要作用是通过多次的循环试验得出大量的实验数据用于分析传热效率,并通过分析优化储热材料的成份,为应用打下基础。结果表明:使用硅酸铝耐火纤维和膨胀珍珠岩70号一等品组合作为储热室保温材料,能有效降低储热室热量损失,并减少保温层厚度;陶瓷内衬复合钢管材料可作为铝合金储热材料的管道材料;管道材料的密封采用的是锥螺纹密封方式。设计出的储热室及管道材料能很好的满足课题需要,同时热交换充分,储热效率高,能有效降低储热室热量损失,并减少整体结构体积,提高储热室整体的经济性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本课题的背景及意义
• 1.1.1 我国的能源现状
• 1.1.2 我国能源发展战略
• 1.1.3 太阳能利用的历史和现状
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 储热材料的发展应用
• 1.2.2 储热装置研究
• 1.3 本课题的研究内容
• 1.3.1 已有研究工作的不足
• 1.3.2 本文主要工作
• 1.4 本课题的预期目标
• 2 管道材料选择
• 2.1 外管管道材料
• 2.1.1 耐热钢管道材料
• 2.1.2 高温合金管道材料
• 2.1.3 新型陶瓷材料
• 2.2 内管管道材料选择
• 2.2.1 内管道的管道材料选择
• 2.3 管道内储热材料的封装
• 3 保温绝热研究
• 3.1 保温材料选择
• 3.2 箱体保温材料
• 3.3 储热系统外部管道保温材料
• 4 储热系统设计
• 4.1 换热器选择
• 4.1.1 换热器的发展历史
• 4.1.2 沉浸式热交换器
• 4.1.3 喷淋式热交换器
• 4.1.4 管壳式热交换器
• 4.1.5 套管式热交换器
• 4.1.6 热交换器的改进
• 4.2 储热室设计方案
• 4.2.1 储热室内的传热原理
• 4.2.2 不同空气流速对储热效率的影响
• 4.2.3 储室内管道布置
• 4.2.4 套管内部的支撑
• 4.3 储热室及管道尺寸计算
• 4.3.1 储热管道尺寸模拟
• 4.3.2 两种不同尺寸管道的比较
• 4.3.3 套管外管管道尺寸设计
• 4.3.4 套管内管管道道尺寸设计
• 4.3.5 直管的管长及管间距设计
• 4.3.6 U形管的尺寸设计
• 4.3.7 进气管以及出气管的尺寸设计
• 4.3.8 储热室箱体尺寸设计
• 4.3.9 储热室整体结构
• 4.4 储热室的储热量及充放热时间
• 4.4.1 单位时间内管道的气体流量
• 4.4.2 储热室总储热量计算
• 4.4.3 单位时间空气进出储热室带进/出的热量计算
• 4.4.4 充/放热时间计算
• 5 储热系统的评估
• 5.1 储热评估系统结构
• 5.2 储热评估系统实施方案
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录