【正文】 熱器的特點(diǎn)：（1）蓄熱器除支腿外均采用不銹鋼做原材料，不銹鋼耐腐蝕、強(qiáng)度高，因此適合實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期使用。蓄熱器為方便實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成可拆卸式，由筒體、法蘭、封頭、支腿幾部分組成。石蠟由直烷烴混合而成，分子式為CnH2n+2。圖中螺旋盤管尺寸和結(jié)構(gòu)圖。該換熱器具備蓄熱、釋熱功能，并可實(shí)現(xiàn)同時(shí)取、放熱功能。小體積封裝式蓄熱器是以后發(fā)展起來(lái)的，現(xiàn)在大有取代整體式蓄熱器的趨勢(shì)。K因此有：=50[(313263)]= （2）蒸發(fā)器 （）式中 —熱泵工質(zhì)的質(zhì)量流量，kg/s； 、—蒸發(fā)器進(jìn)、出口工質(zhì)的比焓，kJ/kg； —蒸發(fā)器中冷凍水的質(zhì)量流量，kg/s；，—蒸發(fā)器中冷凍水的進(jìn)、出口比焓，kJ/kg；由=，=，=，=，=所以有：kWkg/s（3）壓縮機(jī)輸入理論功 （）式中 —熱泵工質(zhì)的質(zhì)量流量，kg/s；、—壓縮機(jī)進(jìn)、出口工質(zhì)的比焓，kJ/kg；輸入有效功 ()式中可取=(機(jī)械效率)，=（內(nèi)效率），=（電機(jī)效率）由=，=，=所以有：kW =kW（4）冷凝器 （）式中 —熱泵工質(zhì)的質(zhì)量流量，kg/s； 、—冷凝器進(jìn)、出口工質(zhì)的比焓，kJ/kg；—冷凝器中冷卻水的質(zhì)量流量，kg/s；、—冷凝器中冷卻水進(jìn)、出口比焓，kJ/kg；由=，=，=，=，=所以有： kg/s（5）蓄熱器 蓄熱器中溫度視為線形分布 ()式中 —集熱器熱損耗面積，m2； —集熱器熱損耗系數(shù)，kW/m2（3）空氣調(diào)節(jié)處理系統(tǒng)：風(fēng)機(jī)盤管性能試驗(yàn)、表面式空氣換熱器熱工性能測(cè)定。熱媒體由集熱器吸收太陽(yáng)能加熱后流經(jīng)恒溫水箱直接通過風(fēng)機(jī)盤管。實(shí)驗(yàn)室太陽(yáng)能熱泵原理圖如下：系統(tǒng)主要設(shè)備有：太陽(yáng)能集熱器、恒溫水箱（下部有電加熱器）、蓄熱器、數(shù)據(jù)采集儀、數(shù)值分析用的計(jì)算機(jī)、熱泵、風(fēng)機(jī)盤管、冷卻塔、泵、閥門和一些自動(dòng)控制裝置等。將熱泵與太陽(yáng)能設(shè)備、蓄熱機(jī)構(gòu)相連接，不僅能夠有效的克服太陽(yáng)能本身所具有的稀薄性和間歇性，而且達(dá)到節(jié)約高位能減少環(huán)境污染的目的。繪制了實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)流程圖。其應(yīng)用領(lǐng)域包括：（1）動(dòng)力系統(tǒng)：小功率電站、太陽(yáng)能發(fā)電、低溫?zé)釞C(jī)、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、核電站；（2）廢熱回收：適合于各種工業(yè)或公用設(shè)施中回收廢熱；（3）儲(chǔ)存太陽(yáng)能：太陽(yáng)能供暖、供熱水；（4）制冷空調(diào)系統(tǒng)：蓄冷、蓄熱；（5）建筑材料：空調(diào)式建材、防凍式地面、節(jié)能式建筑材料；（6）民用設(shè)施：保暖服裝、高效保溫瓶（杯）、暖手器、熱水器等；（7）交通設(shè)施：用于冬季汽車內(nèi)采暖、啟動(dòng)和廢熱利用等；（8）采暖系統(tǒng)：蓄熱鍋爐等；（9）電子設(shè)備：電子元件的熱保護(hù)與低溫環(huán)境下的運(yùn)行。文獻(xiàn)[10]對(duì)翅片管的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)傳熱性能影響及管外自然對(duì)流效應(yīng)的效果作了詳盡的理論分析求解。因?yàn)榻^大多數(shù)的相變材料其導(dǎo)熱性能差，所以相變蓄熱器有一個(gè)傳熱強(qiáng)化的問題需要解決，以保證小溫差快速充熱、放熱。3H2O的成核作用進(jìn)行了系統(tǒng)研究；1985年胡起柱等人用DSC測(cè)定了新制備的Na2SO4國(guó)外對(duì)蓄熱材料的研究工作早在20世紀(jì)70年代就已開始。它的種類很多，從材料的化學(xué)組成來(lái)看，可分為無(wú)機(jī)及有機(jī)材料（包括高分子類）兩類；從儲(chǔ)熱方式來(lái)看，可分為顯熱、潛熱及反應(yīng)儲(chǔ)熱三種；從儲(chǔ)熱的溫度來(lái)看，可分為高溫及低溫等類型。潛熱儲(chǔ)熱也稱相變蓄熱，是利用相變材料（PCM）的相轉(zhuǎn)變潛熱進(jìn)行熱能儲(chǔ)存，具有蓄熱密度高、溫度波動(dòng)?。▋?chǔ)、放熱過程近似等溫）、過程易控制等特點(diǎn)[13]。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 43 頁(yè) 共 40頁(yè)1 引言1．1 概述能源是人類賴以生存的基礎(chǔ)，隨著全球工業(yè)的迅猛發(fā)展，能源問題越來(lái)越為人們所關(guān)注。發(fā)生的相變過程有四種，常被利用的相變過程有固液、固固相變兩種類型，而固氣和液氣相變雖然可以儲(chǔ)存較多熱量，但因氣體占有的體積大，使體系增大，設(shè)備復(fù)雜，所以一般不用于儲(chǔ)熱。[1]理想的蓄熱材料應(yīng)符合以下條件：（1）熱力學(xué)條件 合適的相變溫度，因?yàn)橄嘧儨囟日撬枰刂频奶囟囟?，?duì)顯熱儲(chǔ)存材料要求材料的熱容大，對(duì)潛熱儲(chǔ)存材料要求相變潛熱大，對(duì)反應(yīng)熱要求反應(yīng)的熱效應(yīng)大；材料的熱導(dǎo)率高，要求材料無(wú)論是液態(tài)還是固態(tài)，都有較高的熱導(dǎo)率，以使熱量可以方便的存入和取出；性能穩(wěn)定，可以反復(fù)使用熔析和副反應(yīng)；在冷、熱狀態(tài)下或固、液狀態(tài)下，材料的密度大，從而體積能量密度大，相變時(shí)體積變化小，蒸氣壓低，使之不易揮發(fā)損失。最早是以節(jié)能為目的，從太陽(yáng)能和風(fēng)能的利用及廢熱回收，經(jīng)過不斷地發(fā)展，逐漸擴(kuò)展到化工、交通、能源、電子等領(lǐng)域。10H2ONaCl均勻固態(tài)物質(zhì)的初始熔化熱及上述樣品在15177。實(shí)際應(yīng)用中通常采用的方法是加金屬肋片及采取擴(kuò)大接觸面積。得出了結(jié)構(gòu)尺寸、物性參數(shù)對(duì)蓄熱過程的影響，總結(jié)指出了優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的范圍。但總的來(lái)說，在相變蓄熱設(shè)備的研究及應(yīng)用方面，目前進(jìn)行的工作還較少，國(guó)內(nèi)也只是對(duì)應(yīng)用于太陽(yáng)暖房、農(nóng)用日光溫室等領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用研究。第三章對(duì)各種形式的蓄熱器進(jìn)行比較，分析它們的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了符合實(shí)驗(yàn)室需求的相變蓄熱器，并繪制了其結(jié)構(gòu)圖，進(jìn)行了水壓實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）集熱成本低 同傳統(tǒng)的太陽(yáng)能直接供熱系統(tǒng)相比，太陽(yáng)能熱泵的最大優(yōu)點(diǎn)是采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易的低溫集熱器，降低了集熱成本。當(dāng)系統(tǒng)用于供熱時(shí)可根據(jù)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和房間熱負(fù)荷的變化情況進(jìn)行多種運(yùn)行工況的調(diào)節(jié)。 系統(tǒng)可完成的相關(guān)實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)室太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)包含熱泵系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、空氣處理系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等。（4）太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)：相變材料熱物性參數(shù)的測(cè)試、蓄熱器蓄放熱性能實(shí)驗(yàn)研究、相變傳熱過程強(qiáng)化技術(shù)實(shí)驗(yàn)、集熱器效率實(shí)驗(yàn)等。K； —蓄熱介質(zhì)的平均溫度，K；—蓄熱介質(zhì)的比熱容，kW/K；、—蓄熱器中換熱流體進(jìn)、出口溫度，K；—溫度對(duì)時(shí)間的變化率，用歐拉數(shù)值積分法以(T′T)/△t表示，獲得時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)得后，可預(yù)示蓄熱器中一天的溫度的變化。其基本結(jié)構(gòu)是用小型容器（球、柱、片狀）把PCM封裝起來(lái)成為蓄熱元件，然后按一定方式排列于蓄熱器中。取熱流體通道 蓄熱室 冷流體通道 取熱流體進(jìn)口管 取熱流體出口管 相變材料進(jìn)口管 相變材料出口管 供熱流體進(jìn)口管 供熱流體出口管 熱管 1肋片 1變截面板 1波紋板裝置 1擾流板 1上擋板 1下?lián)醢?1壓力控制元件 1連接板（b）圓柱形螺旋盤管蓄熱器，蓄熱器主要由保溫筒、相變材料和三層螺旋盤管組成。螺旋盤管由φ32。隨鏈的增加，融點(diǎn)和融解熱增加。圓柱形容器是最常見的一種壓力容器形式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、便于在內(nèi)部裝設(shè)附件等優(yōu)點(diǎn)，因此筒體采用采用單層式圓筒。（2）采用石蠟作為相變材料，石蠟融解熱大、一般不過冷、不析出、性能穩(wěn)定、無(wú)腐蝕性且在有機(jī)PCM中價(jià)格最低，符合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)濟(jì)性要求。壓力容器制造完畢后或定期檢查時(shí)，都要進(jìn)行壓力試驗(yàn)。氯離子能破壞奧氏體，不銹鋼制壓力容器進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，還應(yīng)將水中氯離子含量控制在內(nèi)。我們要進(jìn)行的是蓄熱槽的蓄放熱特性實(shí)驗(yàn)。因此，我們配置了恒溫水箱，水箱底部設(shè)有電加熱器，并且為水箱配置了自動(dòng)溫度控制裝置，這樣的話，我們就可以按實(shí)驗(yàn)要求設(shè)置恒溫水箱中熱媒體的溫度，保證進(jìn)入蓄熱器的水溫度較恒定（精度在177。為研究分析相變材料的蓄放熱性能及蓄熱器的蓄放熱效率，我們?cè)谙嘧儾牧仙喜贾昧藷犭娕?，在管路中布置了鉑電阻。 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試內(nèi)容及測(cè)試手段（1）測(cè)試內(nèi)容：相變材料及熱媒體在蓄放熱過程中的溫度。每個(gè)模塊都有自己的微處理器，為主機(jī)處理器卸載，并使背板通信降到最低限度以獲得更快的處理。HP34870A所用的轉(zhuǎn)換程序符合1990年國(guó)際溫標(biāo)，即ITS90。熱電偶把溫度轉(zhuǎn)換為電壓。如果與熱電偶的兩端處于同一個(gè)溫度，第三種金屬的影響是很小的。(b)擴(kuò)散誤差：在熱電偶的擴(kuò)散是指沿導(dǎo)線改變其合金類型的過程。仔細(xì)檢查整個(gè)測(cè)量路徑，尋找溫度極點(diǎn)和物理應(yīng)力。感應(yīng)的電流流過內(nèi)部數(shù)字萬(wàn)用表到地時(shí)，沿?zé)犭娕紝?dǎo)線的分布電阻即產(chǎn)生出電壓誤差。但在高溫下容易被還原性氣體所污染，使鉑絲變脆，改變其電阻溫度特性，所以需用套管保護(hù)方可使用。本課題實(shí)驗(yàn)中相變材料為石蠟，材料的分子式為C27H56，英文名稱是nHeptacosane，屬于低溫有機(jī)相變材料，融解熱大、一般不過冷、不析出、性能穩(wěn)定、無(wú)腐蝕性且在有機(jī)PCM中價(jià)格最低。放熱曲線同樣也分為四個(gè)階段：一、顯熱階段；二、潛熱階段；三、顯熱階段；四、穩(wěn)定階段。 太陽(yáng)能集熱器 蝶形閥門恒溫水箱（底部有電加熱器）離心式水泵渦輪流量計(jì)數(shù)據(jù)采集儀供數(shù)據(jù)分析用的計(jì)算機(jī)蓄熱器1溫度計(jì)、1風(fēng)機(jī)盤管1溫度控制裝置注：圖中114與2相同，6和12相同。 數(shù)據(jù)采集儀：及時(shí)、準(zhǔn)確的采集熱電偶測(cè)量的相變材料的溫度，并將所測(cè)數(shù)據(jù)輸送到數(shù)據(jù)分析所用的計(jì)算機(jī)。（2）對(duì)系統(tǒng)的水加熱為蓄熱材料的相變溫度T0。改變系統(tǒng)運(yùn)行工況，單獨(dú)改變TQ1和TQ2或同時(shí)改變兩變量，或改變蓄熱器空隙率重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。（5）動(dòng)態(tài)誤差：在測(cè)量迅變量時(shí)由于儀器指示系統(tǒng)的自振頻率、阻尼以及被測(cè)迅變量之間的關(guān)系而產(chǎn)生的振幅和相位誤差。這些因素出現(xiàn)與否以及它們的影響程度都是難以確定的。在實(shí)驗(yàn)籌備過程中，我們對(duì)熱電偶等進(jìn)行了嚴(yán)格的標(biāo)定，這在很大程度上減小了設(shè)備儀器誤差；實(shí)驗(yàn)環(huán)境變化很小，時(shí)間跨度不很長(zhǎng)，所以可以認(rèn)為環(huán)境誤差影響很?。粚?duì)于人員誤差，我們實(shí)驗(yàn)操作人員少而固定，同時(shí)，對(duì)同一種實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行了反復(fù)實(shí)驗(yàn)，因此，隨機(jī)誤差也很小；對(duì)于方法誤差，應(yīng)十分注意，尤其對(duì)于初次進(jìn)行某一實(shí)驗(yàn)的時(shí)候。因此，在太陽(yáng)能、工業(yè)余熱和廢熱等具有間歇性和不穩(wěn)定性能源利用方面蓄熱器必不可少。整個(gè)設(shè)計(jì)的完成過程是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤與改正錯(cuò)誤的過程，期間得到了老師以及同學(xué)的大量幫助，為我提出許多寶貴的意見，并給了我許多實(shí)質(zhì)性的建議。再次對(duì)崔老師在各方面對(duì)我的指導(dǎo)幫助表示衷心的感謝！同時(shí)衷心感謝王振輝老師、郭彥書老師在學(xué)業(yè)期間和本次設(shè)計(jì)過程中對(duì)我的熱心指導(dǎo)。感激之情無(wú)以言表！最后，對(duì)在四年的大學(xué)生活中支持、幫助和關(guān)心我的老師和同學(xué)一并表示感謝！ 參 考 文 獻(xiàn)1 崔海亭，楊鋒編著．蓄熱技術(shù)及其應(yīng)用．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20042 賀巖峰，張會(huì)軒，燕淑春等．熱能儲(chǔ)存材料研究進(jìn)展．現(xiàn)代化工，1994（4）：8～113 付豐，陳之航．相變潛熱蓄熱．能源研究信息，1991（3）：22～264 Hiroshi Kimura and Junjiro Kai．Phase change stability of CaCl2如實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)具體儀器的選擇和蓄熱器蓄放熱實(shí)驗(yàn)中相變材料溫度的精確測(cè)量方案,這些問題留待課題組的成員對(duì)此加以完善。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)室太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)蓄熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)蓄熱器有了深刻的認(rèn)識(shí)，了解了現(xiàn)有蓄熱器的種類及其優(yōu)缺點(diǎn)，知道了蓄熱器設(shè)計(jì)時(shí)所要考慮的因素和所需的有關(guān)數(shù)據(jù)。熱媒體溫度在蓄熱器進(jìn)出口分別布置鉑電阻，這不會(huì)產(chǎn)生方法誤差。誤差的大小以及正負(fù)誤差的出現(xiàn)，完全有概率決定，沒有理由認(rèn)為誤差偏向一方比偏向另一方更為可能。這通常是由于測(cè)量人員疏忽粗枝大葉、過度疲勞或操作不正確等引起的，例如讀錯(cuò)刻度值、記錄或運(yùn)算錯(cuò)誤等，此類誤差無(wú)規(guī)則可循，只要多方注意，細(xì)心操作，過失誤差就可以避免。所需記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如以下列表所示（1）蓄熱器蓄熱過程當(dāng)熱媒體水溫度T1=＿℃，流量Q1=＿m3/s，記錄間隔時(shí)間為＿s，蓄熱球體為＿個(gè)時(shí)數(shù)據(jù)記錄如下： 測(cè)溫點(diǎn)位置12345678910溫度℃時(shí)刻時(shí)刻熱媒體溫度℃（2）放熱過程當(dāng)熱媒體水溫度T2=＿℃，流量Q2=＿m3/s時(shí)，記錄時(shí)間間隔為＿s，蓄熱球體為＿個(gè)時(shí)，數(shù)據(jù)記錄如下 測(cè)溫點(diǎn)位置12345678910溫度℃時(shí)刻時(shí)刻熱媒體溫度℃思考題：（1）對(duì)所得的蓄放熱曲線同數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行比較，分析其產(chǎn)生差異的原因（2）比較不同測(cè)溫點(diǎn)的蓄放熱曲線，分析其產(chǎn)生不同的原因（3）當(dāng)Q1=Q2，蓄熱器蓄熱時(shí)熱媒體溫度為T