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相变储能在船舶主机冷却水余热回收系统中的应用研究
| 论文题名： | 相变储能在船舶主机冷却水余热回收系统中的应用研究 |
| 关键词： | 船舶主机;冷却水余热回收系统;相变换热器;自然对流;传热效率 |
| 摘要： | 相变储能技术是利用相变储能材料在相变过程中的潜热实现对热量的储存及释放，利用相变储能技术回收船舶主机冷却水中的余热，可有效提高船舶中的能源利用率，也可解决余热利用过程中时间和空间不匹配的问题。本文设计了一种换热实验台，换热单元采用带有环形翅片的套管式换热器结构，并以石蜡为相变材料，用以回收船舶主机冷却水余热。 本文首先对相变材料进行筛选，根据船舶主机冷却水余热温度为80℃，综合考虑选用相变温度在80℃左右的石蜡，并利用DSC、Hot Disk等热分析仪器测量此种石蜡的热物性参数；然后通过相变传热的理论分析，做出了适当的假设，制作了内管带有翅片的同心套管式换热器的物理模型和数学模型，然后利用FLUENT软件对相变过程模拟分析，讨论了自然对流现象对石蜡蓄放热过程的影响，同时分析了内管带有翅片时，竖直放立的相变换热器内石蜡的蓄放热过程，并比较了不同翅片结构以及不同条件对石蜡蓄热过程的性能影响；最后设计了内管带有5个翅片的相变换热单元，与低温恒温槽、流量计、热电偶以及Agilent温度采集仪构成相变换热系统，分析相变换热器的蓄热过程。 结果表明：相变换热器可有效回收船舶主机冷却水的余热，通过模拟结果可知自然对流现象对石蜡熔化过程影响很大，但对凝固过程影响较小，甚至可忽略不计。同时，由于换热器内管安装翅片，石蜡熔化速率得以增加，相变换热器的传热效率也被有效提高，内管安装5个翅片时石蜡熔化所需时间比内管无翅片时缩短了一半，并且不同数量与结构的翅片对相变过程影响很大，内管安装14个翅片时熔化所需时间比安装5个翅片时快120min，在内管安装5个翅片时翅片高度从60mm减小到20mm的过程中，熔化所需时间也从300min增加480min。对比实验结果和数值分析结果发现，在实验过程不可避免地存在热损失，因此实验结果和数值分析结果具有一定的误差，但实验测量结果与模拟结果趋势基本相同。 |
| 作者： | 赵健 |
| 专业： | 农业机械化工程 |
| 导师： | 杨春光 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海洋大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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