【正文】 時(shí)刻熱媒體溫度℃（2）放熱過(guò)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(mén)1，相變材料為T(mén)0，蓄熱器放熱時(shí)熱媒體溫度T2= T0時(shí)，比較蓄熱器的蓄、放時(shí)間是否相同，分析其不同的原因。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。記錄熱媒的流量Q2（7）放熱完畢即相變材料溫度達(dá)到T2時(shí)，中止系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存盤(pán)，切斷電源，整理實(shí)驗(yàn)設(shè)備。 （5）待蓄熱完畢即相變材料溫度達(dá)到T1時(shí)，再次關(guān)閉進(jìn)出蓄熱器的閥門(mén)，開(kāi)啟風(fēng)機(jī)盤(pán)管，向恒溫水箱注入自來(lái)水同時(shí)打開(kāi)恒溫水箱的泄水閥，以便迅速降低水溫，直至水溫低于放熱工況時(shí)的進(jìn)水水溫T2時(shí)，關(guān)閉泄水閥，啟動(dòng)電加熱器，將水箱和管路中的水溫加熱至放熱工況時(shí)的進(jìn)水水溫T2。（4）開(kāi)啟進(jìn)出蓄熱器的閥門(mén)，蓄熱器開(kāi)始蓄熱。（2）對(duì)系統(tǒng)的水加熱為蓄熱材料的相變溫度T0。熱電偶：相變材料封裝在不銹鋼球體內(nèi)，無(wú)法使用膨脹式溫度計(jì)測(cè)量其溫度，T型熱電偶布置靈活適用于本實(shí)驗(yàn)，且其測(cè)量精度高誤差小。泵：為熱媒體水在整個(gè)系統(tǒng)中循環(huán)提供動(dòng)力。風(fēng)機(jī)盤(pán)管：作為負(fù)荷使熱媒體水向外散發(fā)出熱量。 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)。相變材料蓄熱時(shí)，熱媒體自上而下流過(guò)蓄熱器；相變材料放熱時(shí)，熱媒體自下而上流過(guò)蓄熱器。 實(shí)驗(yàn)中的主要設(shè)備及其作用實(shí)驗(yàn)中所用的主要設(shè)備有：太陽(yáng)能集熱器、恒溫水箱、蓄熱器、數(shù)據(jù)采集儀、風(fēng)機(jī)盤(pán)管等，另外還有閥門(mén)、水泵、溫度計(jì)、熱電偶等附屬設(shè)備?；玖鞒虨?24671012131；放熱工況：恒溫水箱中的水達(dá)到放熱工況的溫度時(shí)流經(jīng)蓄熱器完成換熱再經(jīng)過(guò)風(fēng)機(jī)盤(pán)管向外散熱返回集熱器。 太陽(yáng)能集熱器 蝶形閥門(mén)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(pán)管1溫度控制裝置注：圖中114與2相同，6和12相同。蓄熱器利用了相變材料高溫相變的特性，當(dāng)相變材料達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)，出現(xiàn)吸收物質(zhì)熔化潛能的相變化，蓄熱器蓄熱；蓄熱器通過(guò)相變材料的倒相，使相變材料釋放熔化潛熱達(dá)到放熱目的。物質(zhì)由固態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)，由液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)，或由固態(tài)直接轉(zhuǎn)化為氣態(tài)（升華）時(shí)，將吸收相變熱，進(jìn)行逆過(guò)程時(shí)，則將釋放相變熱。 實(shí)驗(yàn)原理相變材料的利用主要體現(xiàn)在潛熱的釋放與吸收方面，所以相變過(guò)程中材料本身的傳熱性能是相變材料是否適用與否的關(guān)鍵。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。這兩種蓄熱曲線都分為四個(gè)階段：一、顯熱階段；二、潛熱階段；三、顯熱階段；四、穩(wěn)定階段。（2）相變過(guò)程中有相變潛熱的釋放或吸收。K)。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(chēng)是nHeptacosane，屬于低溫有機(jī)相變材料，融解熱大、一般不過(guò)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。相變材料的工作性能主要包括：過(guò)冷度、結(jié)晶速度、晶體密度、穩(wěn)定性等。實(shí)驗(yàn)裝置外觀圖（見(jiàn)圖 、2b、2c、2d、2e）5 蓄熱器蓄放熱特性實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 實(shí)驗(yàn)用相變材料物性相變材料的熱物性主要包括：相變潛熱、相變溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、膨脹系數(shù)等。 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建根據(jù)上述設(shè)計(jì)思路，搭建了實(shí)驗(yàn)臺(tái)。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。（3）鉑電阻鉑電阻屬于熱電阻測(cè)溫元件，是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)做成的。(e)計(jì)算誤差：是將熱電偶的電壓轉(zhuǎn)化為溫度的過(guò)程中注入的固有誤差。共模噪聲會(huì)對(duì)內(nèi)部數(shù)字萬(wàn)用表影響很大。感應(yīng)的電流流過(guò)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。共模噪聲是由類(lèi)似電源線和馬達(dá)的噪聲源產(chǎn)生的。這在導(dǎo)線串聯(lián)電阻很高且使用小線經(jīng)的系統(tǒng)中非常明顯。(c)分流阻抗：熱電偶導(dǎo)線和延伸導(dǎo)線的絕緣會(huì)被高溫或腐蝕性氣體破壞。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。更換存在擴(kuò)散誤差的熱電偶可能不能糾正誤差。擴(kuò)散引起的溫度誤差很難檢測(cè)到，因?yàn)闊犭娕既詫?duì)溫度變化有反應(yīng)，并給出接近正確的結(jié)果。這些導(dǎo)線中的合金改變?cè)跍y(cè)量中注入了電壓的細(xì)微改變。(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(lèi)型的過(guò)程。HP34970A包含一個(gè)內(nèi)置的自動(dòng)熱電偶檢測(cè)功能。熱電偶結(jié)的開(kāi)路可通過(guò)測(cè)量熱電偶的阻抗來(lái)檢測(cè)。這種技術(shù)可防止熱電偶導(dǎo)線在結(jié)附近過(guò)熱，并防止焊氣和大氣擴(kuò)散進(jìn)入熱電偶導(dǎo)線。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。熱電偶測(cè)量的誤差源：(a)參考結(jié)誤差：熱電偶一般是把兩根導(dǎo)線焊接在一起形成一個(gè)結(jié)。T型熱電偶的溫度范圍為－200℃～400℃，探頭精度177。這個(gè)電壓是熱電偶線中的結(jié)溫和金屬類(lèi)型的函數(shù)。熱電偶把溫度轉(zhuǎn)換為電壓。電阻溫度檢測(cè)器的輸出線性度很高，因此它的精確度就很高，是長(zhǎng)期測(cè)量的最佳選擇。電阻溫度檢測(cè)器是用一種隨溫度發(fā)生電阻精確變化的金屬（一般是鉑）制成的。各種傳感器有特定的溫度范圍、準(zhǔn)確度和費(fèi)用。HP34870A所用的轉(zhuǎn)換程序符合1990年國(guó)際溫標(biāo)，即ITS90。溫度傳感器的測(cè)量一般是最初的電阻或電壓測(cè)量，通過(guò)儀器內(nèi)部的軟件轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的溫度。如果輸入信號(hào)是交流電壓，則轉(zhuǎn)換器用于將交流電信號(hào)轉(zhuǎn)換為等量的直流電（真有效值）。輸入信號(hào)被多路傳送到內(nèi)部數(shù)字萬(wàn)用表的信號(hào)調(diào)節(jié)部分中，包括切換、量程和放大電路。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。數(shù)據(jù)采集儀后部?jī)?nèi)置有三個(gè)模塊插槽，適應(yīng)于任何數(shù)據(jù)采集或開(kāi)關(guān)模塊的組合，插入式模塊通過(guò)內(nèi)部隔離數(shù)字總線與浮地邏輯通信。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集儀器（1）數(shù)據(jù)采集儀HP34970A數(shù)據(jù)采集儀將精確的測(cè)量能力與靈敏的信號(hào)傳輸能力連接結(jié)合起來(lái)，集數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)采集為一體。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集儀以及計(jì)算機(jī)三者正確連接起來(lái)，熱電偶密封在相變材料被測(cè)位置處，鉑電阻安裝在管段上，正確設(shè)定數(shù)據(jù)采集儀的有關(guān)參數(shù)，溫度傳感器將信號(hào)傳入到數(shù)據(jù)采集儀，我們便可在電腦中即時(shí)觀測(cè)并自動(dòng)存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中熱媒體、相變材料的溫度變化情況。 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(guò)程中的溫度。（5）低溫水準(zhǔn)備：關(guān)閉蓄熱器進(jìn)、出口閥門(mén)，迅速降低系統(tǒng)中其它部分水的溫度，以達(dá)到放熱過(guò)程所需要的水溫。（3）全流量蓄熱：打開(kāi)蓄熱器進(jìn)、出口閥門(mén)，使高溫?zé)崦襟w水流經(jīng)蓄熱器并與之換熱。本課題設(shè)計(jì)的蓄熱器蓄放熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)以下幾種運(yùn)行模式：（1）系統(tǒng)預(yù)加熱：對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的水進(jìn)行加熱把水溫升高到實(shí)驗(yàn)所要求的相變材料初始溫度。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。可見(jiàn)系統(tǒng)可以較方便的提供符合實(shí)驗(yàn)要求的高溫?zé)崦襟w與低溫?zé)崦襟w。在蓄熱過(guò)程中，系統(tǒng)中的水是高溫的，當(dāng)蓄熱結(jié)束后，我們開(kāi)啟風(fēng)機(jī)盤(pán)管，和蓄熱器經(jīng)過(guò)熱交換的熱媒體流經(jīng)風(fēng)機(jī)盤(pán)管向外散出熱量，在泵的作用返回太陽(yáng)能集熱器，同時(shí)我們放出部分水箱中的高溫水，并向恒溫水箱中注入低溫的自來(lái)水，以此來(lái)迅速降低系統(tǒng)中的水溫，當(dāng)系統(tǒng)中的水溫低于放熱過(guò)程所需要的溫度時(shí)，停止自來(lái)水的注入，并打開(kāi)電加熱器，將水溫加熱到相變材料放熱要求的熱媒體水的溫度。同時(shí)，在相變材料放熱過(guò)程中，我們需要提供低溫?zé)崦襟w。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(huà)，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。為了提供高溫?zé)嵩?，我們?cè)O(shè)計(jì)配置太陽(yáng)能集熱器，由集熱器吸收太陽(yáng)能加熱流過(guò)其中的熱媒體水得到高溫?zé)崦襟w。相變材料要進(jìn)行蓄放熱實(shí)驗(yàn)，就必須給蓄熱器提供高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩?。為了便于改變蓄熱器的空隙率，方便蓄熱球體的取出，我們把蓄熱器設(shè)計(jì)為可拆卸的結(jié)構(gòu)，封頭和筒體由法蘭連接。我們要進(jìn)行的是蓄熱槽的蓄放熱特性實(shí)驗(yàn)。由太陽(yáng)能集熱器提供高溫?zé)嵩?，減少了能源消耗，符合節(jié)約型現(xiàn)代化社會(huì)的要求。由化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)查得DN=600mm，厚δ=4mm的單位長(zhǎng)度的筒體質(zhì)量m=60kg，所以筒體質(zhì)量M1為： M1=hm=60=由化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)查得DN=600mm，厚δ=4mm的直邊高h(yuǎn)=25mm的橢圓形封頭質(zhì)量M2=22kg，支腿質(zhì)量M3=，所以有 M=M1+2M2+3M3=+222+3= （） 4 蓄熱器蓄放熱性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)蓄熱器蓄放熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)是由第2章所述太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)的部分設(shè)備連接組成的。內(nèi)壓容器試驗(yàn)壓力為：MPa （）為使液壓試驗(yàn)時(shí)容器材料處于彈性狀態(tài)，在壓力試驗(yàn)前必須按下式校核實(shí)驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜應(yīng)力。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)。本設(shè)計(jì)只需進(jìn)行液壓試驗(yàn)。爆炸也就越危險(xiǎn)，故應(yīng)選用壓縮系數(shù)小的流體作為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)。容器發(fā)生爆破的可能性比使用時(shí)大。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)。 壓力試驗(yàn) （1）壓力試驗(yàn)的目的除材料本身的缺陷外，容器在制造（特別是焊接過(guò)程）和使用中會(huì)產(chǎn)生各種缺陷。（2）橢圓形封頭設(shè)計(jì)由上面計(jì)算知筒體厚度=4mm，據(jù)筒體公稱(chēng)直徑=600mm，選取標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭DN4004—0Cr13 JB/ T4737。并且相變材料封裝在直徑為100mm的不銹鋼球體內(nèi)，可方便從蓄熱器中取出以改變蓄熱器的空隙率，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)不同工況要求。（2）采用石蠟作為相變材料，石蠟融解熱大、一般不過(guò)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。本設(shè)計(jì)方案蓄熱球體可總體分為有序和無(wú)序兩種形式，其中有序排列又可分為兩種形式。整個(gè)蓄熱器高度初步估算小于2m,屬于鋼制立式容器并且不與產(chǎn)生脈動(dòng)載荷的機(jī)械設(shè)備剛性連接，因此采用B型腿式支座。蓄熱器上部橢圓封頭與筒體通過(guò)法蘭連接，下部封頭與筒體直接焊接在一起。圓柱形容器是最常見(jiàn)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。相變材料封裝在直徑為100mm的不銹鋼球內(nèi)，共有200個(gè)不銹鋼球， kg。參考下表，考慮到太陽(yáng)能集熱器熱媒體所達(dá)到的最高溫度，選擇C27H56 nHeptacosane作為實(shí)驗(yàn)用相變材料英文名稱(chēng)碳原子數(shù)分子量融點(diǎn)℃融解熱kJ/kgnDocosane2231044251nTricosane23324nTetracosane24338249nPentacosane25352—nHexacosane26366nHeptacosane27380nOctacosane28394nNonacosane29408nTriacosane30422nHentriacosane3143668242nDotricosane32450nTritriacosane3346472— 為滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期使用的要求，本設(shè)計(jì)采用不銹鋼作為蓄熱器外殼材料，保溫材料用的是氧化鋁棉和陶瓷纖維紙。融解熱為150kJ/kg到250kJ/kg。隨鏈的增加，融點(diǎn)和融解熱增加。綜合考慮實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性確定石蠟為相變料。如果完全依靠實(shí)