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由于相變材料換熱器熱能儲存是通過該換熱器所有換熱管內(nèi)相變材料(CaCl2·6H2O)吸收熱氣流的熱量來實現(xiàn)的,因此,根據(jù)前面的理論分析可知,要提高相變材料換熱器熱能儲存效果和強化相變材料換熱器的熱能儲存性能,可以采取3種措施:

①盡可能增加熱氣流的流速;
②提高熱氣流的初始溫度;
③延長熱氣流流過換熱器的時間。當(dāng)通入該換熱器熱空氣流溫度維持不變時,氣流的流速越大,氣流至管內(nèi)相變材料的熱傳遞速率越大,整個加熱周期所需時間也越短。因此,氣流的流速是一個重要參數(shù),為了使相變材料換熱器在同樣的條件下儲存盡可能多的熱能,最佳的途徑就是盡量提高流過該換熱器熱氣流的流速,所以,第1種措施在實際工程應(yīng)用中應(yīng)重點考慮。

第2種措施———提高熱氣流的初始溫度,由于實際工程中流體的溫度主要取決于工況,大多數(shù)情況下都是確定的,因此,實際工程應(yīng)用中是難以實現(xiàn)的。

第3種措施———延長熱氣流流過換熱器的時間,這種作法實際也是不可取的,因為表面上好象使相變材料換熱器熱能儲存量有所增加,但卻增加了能耗且降低了該換熱器熱能儲存的效率。由于相變材料換熱器的熱能儲存量由顯熱和潛熱2部分組成,并且潛熱部分所占的熱能儲存量比例已近似達到80%,所以,為了提高其熱能儲存效率,其最佳時間就是當(dāng)換熱器出口處換熱管內(nèi)相變材料完成了整個相變過程的熱能儲存對應(yīng)的時間。例如,根據(jù)圖3和圖4可知,該分布曲線是由第1段曲線、中間近似水平直線和第2段曲線所組成,顯然,該分布曲線的中間近似水平直線和第2段曲線的交點應(yīng)為最佳時間點,即當(dāng)熱空氣的質(zhì)量流速分別為0.132,0.096kg/s時,該相變材料換熱器熱能儲存過程所用的最佳時間分別為540,643min。

此外,這種相變材料換熱器的熱能儲存量大小還與其結(jié)構(gòu)有關(guān),若工程實際中需增大或減小其熱能儲存量,則還可以通過改變該換熱器的結(jié)構(gòu)、換熱管數(shù)或尺寸來實現(xiàn)。

新型相變材料換熱器熱能釋放過程的分析可以看出,已有熱能儲存量Q的相變材料換熱器,其換熱管內(nèi)相變材料(CaCl2·6H2O)的初始溫度接近于40℃,隨著溫度為16—17℃的冷空氣流連續(xù)通入,整個熱能釋放過程可以分析和總結(jié)如下:

①無論氣流速度為多少,該換熱器各測點在放熱過程中的溫度變化規(guī)律為:換熱器進出口處管內(nèi)外的溫度起初都是急劇下降的,其溫度變化曲線為陡降的;當(dāng)溫度下降至其相變溫度(約為26℃)時,由于管內(nèi)的相變材料發(fā)生相變而釋放相變潛熱,其溫度變化曲線在一定時間內(nèi)近似為水平直線;只有當(dāng)所有換熱管內(nèi)的相變潛熱全部釋放后,管內(nèi)相變材料和換熱器出口氣流的溫度又會隨時間的增加而逐步下降。

②該換熱器換熱管內(nèi)的相變材料在降溫過程中會發(fā)生相變,由于其相變潛熱的熱量很大,因此,該換熱器出口的氣流溫度在一定時間內(nèi)仍能保持恒溫,這也是傳統(tǒng)管殼式換熱器所不具備的、只有這種相變材料換熱器結(jié)構(gòu)才具有的重要特征之一。例如,當(dāng)溫度為16—17℃的冷氣流的流速分別為0.132,0.096kg/s時,本實驗的相變材料換熱器出口的氣流溫度維持在20℃以上的時間各為594,717min。

③根據(jù)前面的理論分析以及實測結(jié)果(表4),若該換熱器熱能儲存量Q為一定時,當(dāng)通入該換熱器冷空氣流溫度維持不變時,氣流的流速越大,管內(nèi)相變材料的放熱速率越大,維持該換熱器出口氣流溫度不變的時間也就越短。因此,氣流的流速是一個重要參數(shù),為了使相變材料換熱器出口的氣流溫度在同樣的條件下盡可能保持時間長一些,最佳的途徑就是盡量降低流過該換熱器冷氣流的流速。