高温显热-潜热复合堆积床储热系统液-固耦合储热特性研究

To use the composite sensible/latent heat materials for the purpose of improving the heat storage efficient in thermal storage system has become of a very hot topic of research, due to its advantage in high thermal conductivity coefficient of sensible material and high storage density of latent material. This project aims to study the multiphase coupled transmission mechanism of gas convection, solid conduction, phase heat transfer and high temperature radiation in sensible/ latent heat composite bed-packed thermal storage system. The thermal storage unit is composited of porous ceramic as the sensible material and inorganic salt as the latent material, and high temperature gas(200℃~600℃) as the heat transfer fluid. The main research contents include establishing of a three dimensional dynamic mathematic model, study on the coupling heat mechanism of liquid-solid interface moving, interface resistance and conduction, analyzing dynamic thermal storage characteristics of high temperature sensible/ latent heat composite bed-packed thermal storage system. With theoretical and experimental research, this project will lay the foundation for applying the sensible/latent heat composite material for high temperature thermal storage.

利用显热材料的高导热率，潜热材料的高储热密度，组成显热-潜热复合储热单元，达到有效提高储热系统的储热效率，成为储热研究领域的热点问题。本项目旨在对以高温（200℃～600℃）气体作为传热介质，多孔陶瓷基与无机盐相变材料复合的显热-潜热堆积床储热系统内气体对流，固体导热、相变传热以及高温辐射的多相耦合传输机理开展深入系统的研究。结合理论分析与实验测试，建立高温显热-潜热复合储热的三维动态数学模型，研究复合储热单元内液固界面移动、界面热阻与固-液耦合传热机理，揭示高温显热-潜热复合堆积床储热系统动态储热特性，为这一技术在高温储热领域的实际应用奠定基础。

在可再生能源系统中，储热技术可以有效地解决热能供需双方在时间和空间上的不匹配问题，有效提高能源的稳定性和利用率，是太阳能热利用的关键技术环节。提高储热温度，降低储热介质成本是提高储热系统效率，降低储热成本的一个有效手段。.本项目提出了采用600℃~800℃的高温空气作为传热流体，以高铝陶瓷球、蜂窝陶瓷等固体材料为显热材料，三元熔融盐为潜热材料，研究单罐固体堆积床内高温空气与显热-潜热储热材料之间的多相耦合传输机理。.本项目的研究过程中，采用理论分析与实验相结合的方法，对单罐固体堆积床储热系统内的储热特性进行了深入的研究。.1) 开展了单罐固体堆积床储热系统内充/放热特性及传热性能影响规律的实验研究。研究结果表明，以高温空气为传热流体，高铝陶瓷球或蜂窝陶瓷为储热材料的显热储热系统其循环热效率达到65%左右。高铝陶瓷球与熔融盐相变传热管相结合的显热-潜热储热系统的循环热效率达到75%。.2) 基于集总热容法建立了单罐固体积床储热单元的两相瞬态模型，通过数值模拟方法，对储热器的性能影响参数进行理论分析，并对10MWhth的固体堆积床储热器进行了性能优化设计。.3) 建立了相变储热一维数学模型，开展了熔盐相变储热介质与空气换热过程中的气-液-固耦合传热机理研究。