熔融盐在蓄热混凝土中传热过程的数值模拟

2 0 1 3年第 l 2期 (总第 3 7 5期 )

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熔融盐在蓄热混凝土中传热过程的数值模拟周卫兵，蔡凡凡，朱教群，孙正，荆汝林

( 1 .武汉理工大学材料科学与工程学院，湖北武汉 4 3 0 0 7 0; 2 .中广核太阳能开发有限公司，北京 1 0 0 0 4 8 )摘要：用数值模拟的方法对熔融盐与蓄热混凝土组合式换热模型进行了研究 .该组合模型以混凝土为蓄热介质，熔融盐 ( Hi t e c )为传热介质，分析混凝土的导热系数、流体管道长度、热流体进 1 2温度与进

口流速等因素对蓄热单元储热规律及其特性的影响。计算结果表明：当混凝土的导热系数在 2 . 0~ 3 . 0 W/ ( m K)左右、管长为 0 . 5— 2 m、热流体进口温度为 4 2 0℃、进口流速为 O . 1 5~ 0 . 2 5 m/ s时，蓄热单元可获得较高的储热效率。 关键词：混凝土；熔融盐；复合蓄热；数值模拟； F l u e n t 中图分类号： T K 5 1 3 . 5文献标识码： A文章编号： 1 0 0 4— 7 9 4 8 ( 2 0 1 3 ) 1 2— 0 0 0 7—0 5d o i: 1 0 3 9 6 9/ j . i s s n . 1 0 0 4— 7 9 4 8 . 2 0 1 3 . 1 2 . 0 0 2

引言

储热混凝土组合式换热模型，采用热管式传热结构，以混凝土为蓄热材料，熔融盐 ( H i t e c )为传热介质，对混凝土蓄热过程进行数值模拟，重点研究混

蓄热技术由于可以缓解能量供求双方在时间、强度及地点上的不匹配，是合理利用能源及减轻环

凝土的导热系数、流体管道长度、热流体进口温度与进口流速等因素对蓄热单元传热规律及其特性的影响。

境污染的有效途径，在太阳能利用方面有重要应用。现有的蓄热材料中，蓄热混凝土由于化学性能

稳定、成本低、蓄热能力好，是用于太阳能热发电的理想蓄热材料之一。与传统的传热工质相比，熔融盐具有使用温度范围广、传热性能高、工作压力低、 价格便宜等优点，比导热油及水蒸气等有更广泛的应用¨ J。熔融盐 ( H i t e c )由于其低熔点在太阳能系

1物理模型及数学模型的建立I . 1物理

模型的建立

熔融盐与蓄热混凝土组合换热装置如图 1 ( a ) 所示，在混凝土蓄热单元中，流体管道通过混凝土块，传热流体在管道内流动的过程中与管壁进行热交换，管壁再与混凝土换热，混凝土利用比热容蓄、 放热。图 1 ( b )所示为外型为矩形箱体结构，箱体作外保温隔热处理。所用传热介质为熔融盐 ( Hi t e c ),混凝土热物性参数采用文献中数据，具体如表 1所示。表 1熔融盐 ( H i t e c )及混凝土的热物性参数

统中被广泛用作中高温传热介质“ j。左远志等研究了高温熔融盐 ( H i t e c )壳管式相变换热器的同心套管模型在考虑相变区域自然对流情况下的

传热特性。当前对于储热材料储放热特性的研究多集中于相变材料，分析主要集中在吸热过程。 V i n c e n t Mo i f s s o n l 6 等对添加了膨胀石墨的熔融盐N a N O / K NO3复合蓄热材料的在 D S G( Di r e c ts t e a m g e n e r a t i o n )中的应用进行了模拟，石墨的添

加提高了熔融盐的导热系数，并提高了蓄热单元的储放热效率。而对熔融盐与混凝土组合模型对流换热的研究鲜有报道。在实验室已制备出高热导率蓄热混凝土的基础上，本文建立了熔融盐与在对蓄热单元进行模拟时，提出如下假设：基金项目：国家科技支撑计划 (项目编号： 2 0 1 2 B AA 0 5 B 0 6 2 0 1 2 B AA 0 5 B 0 3 );武汉市科技攻关项目 (项目编号2 0 1 2 0 3 2 1 0 9 4 )

1 )除密度及热导率外，材料各项物性参数不随温度变化；

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