传统化石能源带来的环境污染问题日益凸显,因此可再生能源得到了越来越多的关注,太阳能、风能、地热能、生物质能等可再生能源正在加速布局。令狐友强等人通过研究表明,吸附储热是一种有着较高储热密度和较低热损失的储热方式。沸石-液态水吸附储热系统以沸石颗粒作为储热介质,具有系统简单、换热性能好和储热密度大等优点。利用FLUENT建立了反应器二维轴对称对流换热模型,分析了进水流速、反应器高径比和颗粒粒径对系统释热过程出口水温的影响。研究表明,在计算条件下,该系统能够获得最大70℃的温升幅度,且进口流速越小,温升幅度越大;高径比越大温升幅度越大,当高径比1.5时,温升不再随高径比的增加而增大;此外,粒径越小,反应速率和温升幅度越大,也越有利于沸石与水的充分反应。

一、背景阐述

热化学储热技术通过可逆的化学反应来存储和释放热能,其储热密度远高于显热储热和相变热储热,不仅可以对热能进行长期储存且几乎无热量损失,还可以实现冷热的复合储存,因而在余热/废热回收及太阳能利用等方面都具有广阔的应用前景。

关于沸石-液态水吸附储热系统的释热特性-国投盛世

天然沸石等多孔材料为基础的水合盐复合材料,具有一定的储释热特性,其具有一定的优势。与固-气吸附储热相比,固-液吸附储热在储释热过程中流体与固体的换热系数更高,储热装置的换热效果更好,且同等条件下固液吸附的饱和吸附量大于固气吸附,储热密度更高。另外,固-液吸附无需加湿器,储热装置相对简单。因此,固-液吸附储热可解决固-气储热换热效果较差,储热密度较低的问题。

二、模型验证

通过对湿空气吸附过程建模来进行模型验证。高瑞恒通过实验研究了圆柱形反应器内的湿空气吸附储释热过程,在反应器内布置了多个测点,得到了温度变化曲线。可以看出,数值计算和实验结果变化趋势保持一致,最大相对误差为 12%,在考虑人为误差、模型误差以及实验条件等因素影响下,认为相对误差在可接受范围内。因此,该模型可以用于分析和预测沸石-水吸附储热系统温度变化及其演变规律。

关于沸石-液态水吸附储热系统的释热特性-国投盛世

关于沸石-液态水吸附储热系统的释热特性-国投盛世

进口流速是沸石-水吸附储热系统温度输出特性的重要影响因素之一,研究表明,通过调节进口流速的大小可以获得不同的出口水温,以及不同的温升幅度。释热过程进口流速越小,出口水温越高,温升幅度越大,达到最高出水温度的用时也越长。不同粒径大小的沸石-水系统反应速率显著不同,从而影响系统的出水温度。粒径越小,反应速率越大,温升速率大,温升幅度高,也越有利于沸石与水反应的进行。