中高温蓄热技术及应用

目录

《21世纪新能源丛书》序

前言

主要符号表

第1章绪论1

11蓄热技术概述1

111蓄热方式2

112传热蓄热材料5

12蓄热性能的评价方法13

121蓄热系统的蓄热量13

122蓄热系统的熵产14

123基于斜温层厚度定义的蓄热效率15

124斜温层稳定性判据15

参考文献21

第2章熔融盐显热蓄热过程传热特性25

21基本原理25

22熔融盐球形填充床显热蓄热过程数值分析27

221蓄热模型27

222蓄热材料密度的影响29

223蓄热材料导热系数的影响31

224空隙率对蓄热性能的影响34

225颗粒直径对蓄热性能的影响37

226熔盐密度对蓄热性能的影响39

227熔盐进口流速对蓄热性能的影响42

228熔盐进口温度对蓄热性能的影响45

23熔融盐球形填充床显热蓄热过程实验分析47

231实验装置47

232蓄热罐预热温度49

233熔盐的温度分布50

参考文献52

第3章熔融盐相变蓄热过程流动与传递规律54

31基本原理54

32相变蓄热传热分析58

321精确解分析59

322数值求解分析61

323相变蓄热过程传热强化理论与途径63

33熔融盐球形填充床潜热蓄热过程数值模拟64

331蓄热模型64

332相变蓄热罐的蓄热性能68

333初始温度对蓄热性能的影响69

334导热油进口温度对蓄热性能的影响71

335导热油进口流速的影响73

336不同导热油比热的影响75

337相变球颗粒直径的影响77

338熔融盐相变材料潜热的影响78

34熔融盐球形填充床相变蓄热实验研究80

341熔盐球型填充床相变蓄热罐80

342相变蓄热罐预热温度81

343熔盐的进口温度81

344相变温度的影响81

345熔盐温度变化82

346球内相变材料自然冷却降温83

参考文献84

第4章熔融盐高温斜温层混合蓄热的热过程特性88

41熔融盐高温斜温层混合蓄热方法88

411系统组成88

412工作原理90

42熔融盐单相流体斜温层蓄热的数值模拟92

421计算模型92

422控制方程95

423数值计算方法95

424瞬态传热与流动特性96

425斜温层厚度随熔融盐流体进口速度的变化99

426斜温层厚度随长径比的变化99

43多孔介质中熔融盐流体斜温层蓄热的热特性100

431局部热平衡模型与局部非热平衡模型的适用性100

432多孔介质局部热平衡模型101

433多孔介质特性参数对传热与流动性能的影响103

434瞬态传热与流动特性108

435操作参数对熔融盐高温斜温层蓄热性能的影响109

44基于局部非热平衡的熔融盐斜温层蓄热的数值模拟113

441计算模型113

442数值计算方法114

443局部非热平衡模型的模拟结果114

45高温熔融盐壳管式相变换热器的传热特性118

451研究装置118

452数值模型119

453数值计算方法119

454自然对流对液相率分布的影响120

455液相率随熔化时间的变化120

456管内流体的流动方向对液相率的影响122

457壳管式相变换热器完全熔化的判据122

46高温熔融盐蓄热器的实验测试123

461蓄热单罐实验件的结构设计123

462实验研究内容与方法126

463熔融盐单相流体斜温层蓄热单罐的蓄热特性127

464多孔介质中熔融盐流体斜温层蓄热单罐的蓄热特性129

465熔融盐壳管式相变换热器的蓄热特性131

参考文献134

第5章甲烷重整热化学储能过程特性137

51热化学储能技术137

511热化学储能体系137

512常见热化学反应储能体系138

513甲烷重整体系140

52二氧化碳甲烷重整反应热力学分析143

53铂钌双金属催化剂制备及稳定性和积炭分析145

531二氧化碳甲烷重整催化剂145

532催化剂制备147

533催化剂性能评价148

534催化剂的性能和稳定性149

535催化剂稳定性的机理分析153

536表面积炭的理论分析158

537表面积炭实验分析160

54管壳式催化重整反应器的数值模拟165

541催化重整反应的数值模拟165

542数理模型及数值方法166

543化学动力学模型169

544动力学结果与讨论170

545模型验证172

546反应器结构对CO2/CH4催化重整反应的影响176

547重整反应条件对CO2/CH4催化重整反应的影响178

55管内有序堆积填充床重整反应的数值模拟183

551数理模型及数值方法184

552模型验证187

553模拟结果与讨论190

参考文献197

第6章蓄热系统设计与控制203

61熔融盐蓄热系统设计203

611蓄热系统构成203

612熔盐流体传递回路与吸热器、蓄热容器之间的连接205

613传热蓄热回路的加热和保温205

614熔盐长轴泵219

615故障工况的研究与预防221

62蓄热系统测试与控制223

621测试与控制环节224

622温度测试226

623压力测试244

624流量测量254

625液位测量262

626流量控制（高温阀门）270

627蓄热系统的自动控制281

628测试和控制案例285

参考文献287

第7章中高温蓄热技术的应用289

71可再生能源领域289

711高温显热蓄热系统292

712高温相变应用304

72工业过程的余热利用306

721蓄热式换热器306

722熔融盐蓄热应用307

73新型蓄热技术及发展趋势309

731新型中高温蓄热技术309

732中高温蓄热发展趋势318

参考文献320

世界经济的快速发展需要更多的能源，而化石能源的短缺促使世界各国将开发可再生能源作为战略性新兴产业置于优先发展的地位。储能作为能源利用的重要环节，对工业节能和可再生能源利用具有特别重要的作用。规模化可再生能源热利用是未来我国能源的发展重点，但由于可再生能源具有间歇性和不能稳定供应的缺陷，不能满足工业化大规模连续供能的要求，而工业用能是我国最大的终端用能消费部门，占全国能源消费总量的比重一直维持在70%左右。一次能源利用率大大低于先进国家，主要原因之一是间歇式高品质余热没有得到有效利用，因此必须发展高效蓄热技术，以提高能源利用效率。中高温蓄热技术及应用从可再生能源规模化利用和工业节能技术领域中选择中高温蓄热技术作为基础研究的工程背景，结合中高温蓄热技术及应用合著者及研究团队多年从事太阳能热利用、传递强化与节能技术研究的实践整理而成。

中高温蓄热技术及应用的编写对于工业生产过程以及可再生能源和新能源利用领域，例如化工、冶金、热动、核工业等领域热能储存与转换技术的工业化应用，具有较好的指导意义和实用价值，可供从事能源利用领域的科研和工程技术人员、高等学校的教师和研究生、本科生作为专业参考资料或教材使用。