玄武岩熔体棒束放热性能研究文献综述

 2022-10-24 09:10

文献综述(或调研报告):

固体显热由于成本低、材料易获得而受青睐,其热量来源既可以是太阳能等天然清洁能源[1],也可以是废热[1]、电能等[2]。在固体显热储热当中,作为传统的研究对象的有如混凝土、堇青石等[3][4],由于这类材料的比热容较低,因此有的研究着手于对混凝土进行掺杂以提高其储热性能[5][6][7]。除了对材料进行改性之外,新材料的寻找也很重要,而玄武岩就是这样的一种非常有潜力的固体储热材料。

固体蓄热材料的放热可以有自然对流换热和强迫对流换热,而强迫对流换热的利用效果要明显优于自然对流换热,因此目前的研究也以固体蓄热材料与换热流体之前的换热为主,而传热流体强迫对流掠过高温棒束进行换热在通道形式上一般分为横掠管束和纵掠管束两种。

国外研究

Benjamin Bouvry等[8]发现玄武岩在较宽温度范围内都能保持着较为稳定的热物理性能,因此玄武岩作为固体蓄热材料具有潜在的利用价值。

Claudia Martin等[9]在利用熔融盐储热的双罐储热系统当中,将玄武岩和石英石这类比热容较高的岩石材料作为温跃层,不仅极大地提高了罐体的体积利用率,同时也降低了罐体的制造成本,更重要的是,这类岩石材料可以在900℃的高温下正常工作,因此相较于混凝土而言,玄武岩更大程度的利用高温热源。

Suhil Kiwan等[10]在利用砂-玄武岩混合物作为储热介质的研究当中,结果指明随着玄武岩成分的增加,混合物的储热性能也随之上升,说明了玄武岩有着较传统固体储热材料更为优越的储热性能,主要体现在其蓄热能力上。

换热流体横掠三角型排列的高温棒束的情况下,J.M.Gorman等[11]指出随着换热管数的增加,由于后方湍流强度的不断增强,换热能力也较前排更强,所以较大的管排数可以提高管束整体的换热能力,使换热流体与管束充分进行换热,同时末排管束由于出口效应的原因,流体的平均温度会略有下降。

Luo等[12]对蜂窝蓄放热材的热性能的模拟研究当中,蓄热材料的比热容越大,放热阶段换热流体的出口温度越高,并且出口温度的下降温度更为缓慢,放热也更加稳定。而材料的导热率越大,也提高了换热过程中材料的安全性。

Li等[13]通过编程实现蜂窝蓄热材料的蓄放热过程的研究,其中将蓄热材的热物性用压力和温度的函数进行表示,使材料的状况更加与实际相近,同时还考虑了流道的几何特征对放热的影响,指出流道水力半径的增加将导致蓄热材料整体的放热效率的降低,并且总的放热量和放热时间都将减少,流道的长短也会影响蓄热材料的放热效率,流道越长,蜂窝蓄热材的放热效率更高。因此为了更高效的利用蓄热材所储存的热量,材料本身的几何特征也必须纳入考虑。

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