论文总字数：19579字

摘 要

太阳能具有普遍、无害、巨大和长久等优点，已成为人类使用能源的重大组成部分，太阳能光热发电是其主要利用形式之一。由于太阳能具有间歇性和不稳定性，不能满足大规模连续供能的要求，因此，开发低成本传热储热介质，发展高效储热技术对解决太阳能的转换、储存与输运的问题至关重要。而单罐（填充床）储热具有低成本体积小的特点，在光热利用中有着重要作用。本文以熔融盐和压缩空气为传热介质，研究了填充床显热及潜热储热的储放热规律。主要研究内容及结论如下：

基于多孔介质的连续介质模型（Continuous Solid ,C-S），并考虑泵的功耗和储热罐的热损失，对熔融盐填充床的显热储热进行了研究。以填充床储放热效率和㶲效率为评价标准，讨论了熔融盐进口温度、储热罐高度、孔隙率、填充颗粒直径和熔融盐入口速度对其的影响。结果表明：储热罐高度和填充颗粒直径是影响储放热效率和㶲效率的主要因素。

关键词：填充床；蓄放热效率；孔隙率；PCM；

ABSTRACT

Solar energy is the most abundant, clean and widely available renewable energy, and Solar energy has become a major component of energy used by man, solar energy photo-thermal utilization is one of the mainly used method. The heat flux of solar energy has the characteristics of intermittent and instability, and can't meet the requirements of large-scale continuous power, therefore, it is significant to develop new storage material with low cost and develop high efficient heat storage technology.

Because of the characteristics of low cost and small volume, single tank reservoir plays an important role in the use of solar energy. This paper uses molten salt and compressed air as heat transfer materials, and studies the law of heat charge and discharge for the sensible thermal storage system and latent heat thermal energy storage system. The main contents and conclusions are as follows:

At first, the paper base on the continuous solid model of porous medium, which accounts for the heat losses though the wall and the pump energy, the thermal performance of a packed bed molten salt thermocline sensible thermal storage system was investigated. A parameter study of the packed bed height, porous, particle diameter, and fluid flow rate was carried out to evaluate the charging/discharging efficiency, overall thermal efficiency and especially exergy efficiency. The results show that both the particle diameter and the packed bed height have significant influence on the thermal performance of the packed bed.

KEYWORDS: packed bed; thermal efficiency; porous; PCM；

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 １

1.1前言 １

1.2太阳能蓄热技术进展 2

1.2.1显热蓄热 2

1.2.2潜热蓄热 2

1.2.3热化学反应蓄热 ３

1.2.4其他新方法 ３

1.3填充床显热储热的研究现状 ５

1.4本文主要研究内容 ７

第二章 填充床模型及数值模拟 ８

2.1引言 ８

2.2模型方程 ８

2.2.1模型 ８

2.2.2方程 １０

2.2.3初始条件和边界条件 １２

2.3方程组的离散和求解 １２

2.4参数分析 １４

2.5储热性能的评价标准 １５

2.5.1基于出口温度定义的储放热效率 １５

2.5.2㶲效率的分析 １６

第三章 填充床显热蓄放热热性能结论与分析 １７

3.1引言 １７

3.2网格的独立性检验 １７

3.3模型验证 １７

3.4熔融盐进口温度的影响 １８

3.5储热罐高度的影响 １９

3.6孔隙率的影响 ２１

3.7颗粒直径的影响 ２３

3.8熔融盐进口速度影响 ２３

3.9填充材料的影响 ２４

小结 ２５

第四章 结论与展望 ２７

4.1本文结论 ２７

4.2展望 ２７

参考文献 ２９

致谢 ３２

第一章 绪论

1.1前言

作为文明社会前进的主要动力之一，能源利用技术在人类社会发展中占有举足轻重的地位，在过去的1个世纪中，煤炭、石油、天然气等化石能源的开发与利用揭开了大工业时代的序幕，百年前后，人类总的年能源供应量增长了近10倍。然而，无节制的资源开发和低效的能源利用造成了大量的资源浪费与日益严重的生态环境污染，人类的生存空间受到了极大威胁，在新的世纪里，能源科学不得不同时面对资源短缺的问题。

近年来，太阳能以其独具储量“无限性”存在的普遍性、开发利用的清洁性，使许多发达国家都把太阳能等可再生能源从原来的补充能源上升到战略替代能源的地位，在我国，随着建设资源节约，环境友好型社会目标的提出，太阳能等可再生能源利用步伐明显加快，尤其是开发利用太阳能、风能已经成为我国能源战略的重要内容。 太阳能是世界上最丰富、清洁、可广泛获取的可再生能源，太阳能的高效利用将会改变我国能源短缺和不合理的能源结构。我国属于太阳能资源丰富的国家之一，三分之二的国土面积年日照小时数在2200小时以上，年太阳辐射总量大于每平方米5000兆焦，属于太阳能利用条件较好的地区。西藏、青海、新疆、甘肃、内蒙古、山西、陕西、河北、海南等地区的太阳辐射能量较大，尤其是青藏高原地区太阳能资源最为丰富，那里平均海拔高度在 4000m 以上，大气层薄而清洁，明度好，纬度低，日照时间长，年太阳辐射总量 6680～8400 MJ/m2，相当于日辐射量5.1～6.4kWh/m2，居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠^[1]。

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