熔融盐斜温层混合储热系统中的流动与换热过程及其耦合机理研究

由于单罐储热系统的成本优势，熔融盐斜温层混合储热系统成为当前国内外太阳能热发电储热技术的研究热点。熔融盐斜温层混合储热系统运行时涉及变物性的、多尺度、多孔、非稳态流动现象，以及复杂的流动与传热耦合现象，深入的研究系统中的流动与传热的物理规律及耦合机理，对于克服现有技术难题、开发高性能的储热系统至关重要。针对当前研究的不足，本课题一方面通过实验方法测试系统的运行性能，为数值模型提供实验验证；另一方面针对系统的运行过程开发更全面、系统的两相全系统稳态和瞬态数学模型，并据此全面的评估系统各组成部分的结构、物性、及工作条件等对系统运行性能以及热力学效率的影响。本课题结果可以为设计高效熔融盐斜温层混合储热系统，并提出系统运行的优化方案提供新思路和理论依据。

由于可以配置储热系统，太阳能热发电可以提供稳定、可调度的电力输出，并且可以提高不稳定的可再生能源的电网接入比例。而熔融盐斜温层储热系统具有明显的成本优势，正在成为当前国际上太阳能热发电储热技术的研究热点。深入的研究斜温层储热系统中的流动与传热的物理规律及耦合机理，对于克服现有技术难题和开发高性能的储热系统至关重要。本课题旨在针对系统的运行过程开发全面、系统的两相全系统数学模型，全面的评估系统各组成部分的结构、物性及工作条件等对系统运行性能和热力学效率的影响。.本课题取得了以下主要学术成果。一，建立了斜温层储热系统非稳态、二维、两相模型，并使用该模型深入研究了系统的动态运行特性。揭示了系统运行时的流动与传热耦合规律，及斜温层发展与系统性能的关联规律，获得了多种运行条件、多个结构属性等对于系统运行性能和效率特性的影响规律。二，建立了可以揭示填充颗粒内部传热规律的单相颗粒Dispersion-Concentric模型，揭示了填充颗粒的物理和结构属性与熔融盐流体的换热和系统运行性能的关联规律。三，针对填充相变材料颗粒的斜温层储热系统建立全系统瞬态数学模型，研究系统的充放热循环运行规律。明晰了填充相变颗粒的斜温层储热系统的充放热运行特性，以及相变材料的相变温度对于系统性能的影响规律及约束机理。研究了具有良好充放热特性的填充多级联相变颗粒的储热系统的循环特性，获得了系统效率及实际储热容量的关键影响因素和影响规律。四，针对斜温层储热系统的固有缺点，提出了一种高效率、低成本、运行灵活的单罐-双罐复合储热系统和系统调控策略。五，完成了熔融盐综合测试平台的热力系统设计、储热罐结构设计、设备选型、及实验运行模式设计等，基于该平台，可以进行后续的以熔融盐为传热/储热工质的多种储热系统实验研究。.本课题已在《Applied Energy》、《Renewable Energy》等知名国际期刊上发表标注SCI论文6篇，在第15届国际传热会议上发表会议论文1篇，已投稿SCI论文2篇，授权发明专利2项，申请发明专利1项。所发表SCI论文已被SCI他引超过30次，有2篇论文成为ESI高被引论文。论文得到了国际传热纪念奖获得者美国普渡大学S.V. Garimella教授（ASME Fellow）等多位国际知名学者的正面引用和评价。此外，课题负责人在课题开展期间入选“中科院青年创新促进会”，担任《科学通报