流固耦合固体相变蓄热建模与分析方法

doi:10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0239

储能科学与技术 ›› 2019, Vol. 8 ›› Issue (3): 538-543.doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0239

流固耦合固体相变蓄热建模与分析方法

杨岑玉¹, 胡晓¹, 李雅文², 邢作霞³, 高运兴², 董佳仪⁴, 徐桂芝¹

1 全球能源互联网研究院有限公司, 北京 102209;
2 国网山东省电力公司泰安供电公司, 山东泰安 271000;
3 沈阳工业大学电气工程学院, 辽宁沈阳 110870;
4 沈阳工业大学机械工程学院, 辽宁沈阳 110870

收稿日期:2018-12-10 修回日期:2019-01-15 出版日期:2019-05-01 发布日期:2019-05-01
通讯作者: 杨岑玉(1981-),男,博士,高级工程师副主任,研究方向为储热冷技术研发及其在电网中应用,E-mail:yangcenyu@geiri.sgcc.com.cn
作者简介:杨岑玉(1981-),男,博士,高级工程师副主任,研究方向为储热冷技术研发及其在电网中应用,E-mail:yangcenyu@geiri.sgcc.com.cn
基金资助:
国家电网有限公司科技项目“MWh级相变储热装置关键技术研究与验证”[SGRIDLKJ（2016）1095号]。

Modeling and simulation of phase change material based energy storage system using fluid-solid coupling

YANG Cenyu¹, HU Xiao¹, LI Yawen², XING Zuoxia³, GAO Yunxing², DONG Jiayi⁴, XU Guizhi¹

1 Global Energy Interconnection Research Institute Co., Ltd., Beijing 102209, China;
2 State Grid Taian Power Supply Company, Taian 271000, Shandong, China;
3 Institute of Electrical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, Liaoning, China;
4 Institute of Mechanical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, Liaoning, China

Received:2018-12-10 Revised:2019-01-15 Online:2019-05-01 Published:2019-05-01

摘要/Abstract

摘要： 固态电热储能技术可以有效地解决风电、光伏、核电等清洁能源消纳问题，成为大规模储能的研究热点之一。针对固态电热储能系统相变材料的传热性能进行研究，根据外置电阻式蓄热体结构特点，提出一种基于流固耦合的蓄热体建模与仿真方法，对流场、温度场耦合的问题进行三维数值模拟，从而得到蓄热体在不同工作时刻的温度场、流场分布。通过数值模拟结果与实验数据进行对比，验证流固耦合建模与分析方法的正确性。

关键词: 固体蓄热, 流固耦合, 相变, 数值模拟, 结构优化

Abstract: Thermal storage technology can effectively solve the problems of clean energy, such as wind power, photovoltaic and nuclear power, become one of the research focuses of energy storage. We present a modeling and simulation method for a phase change material energy system using fluid-solid coupling. Numerical simulations were carried out by using the method. The modelling results were found to be consistent with the experimental data.

Key words: thermal storage, fluid-solid conjugated, phase-change materials, numerical simulation, structure optimization

中图分类号:

TK82

杨岑玉, 胡晓, 李雅文, 邢作霞, 高运兴, 董佳仪, 徐桂芝. 流固耦合固体相变蓄热建模与分析方法[J]. 储能科学与技术, 2019, 8(3): 538-543.

YANG Cenyu, HU Xiao, LI Yawen, XING Zuoxia, GAO Yunxing, DONG Jiayi, XU Guizhi. Modeling and simulation of phase change material based energy storage system using fluid-solid coupling[J]. Energy Storage Science and Technology, 2019, 8(3): 538-543.

参考文献

[1] 康艳兵, 张寅平, 朱颖秋, 等. 相变蓄热同心套管传热模型和性能分析[J]. 太阳能学报, 1999(1):21-26. KANG Yanbin, ZHAN Yanping, ZHU Yinqiu, et al. A simple model for heat transfer analysis of shell-and-tube with phase change material and its performance simulation[J]. Acta Energiae solaris Sinica, 1999(1):21-26.
[2] 鲍文廷, 伍永福. 高温空气燃烧技术在蓄热式加热炉中的应用分析[J]. 工业加热, 2013, 42(2):11-13. BAO Wenting, WU Yongfu. Appliation and analysis of high temperature air combustion to regeneration heating furnace[J]. Industry Heating, 2013, 42(2):11-13.
[3] 李慧俭, 贾俊崇, 赵昕波, 等. 固体电蓄热散热器风道模拟优化[J]. 河北建筑工程学院学报, 2018, 36(2):59-62.
[4] 杨小平, 杨晓西, 左远志, 等. 高温填充床蓄热过程中流固传热温差分析[J]. 工程热物理学报, 2015, 36(4):825-828.YANG Xiaoping, YANG Xiaoxi, ZUO Yuanzhi, et al. The heat transfer temperature difference study between fluid and solid during the charging process of a high temperature packed ked storage system[J]. Joumal of Engineering Thermophysics, 2015, 36(4):825-828.
[5] SOROUR M M. Performance of a small sensible heat energy storage unit[J]. Energy Conversion and Management, 1988, 28(3):211-217.
[6] BERROUG F, LAKHAL E K, EL-OMARI M, et al. Thermal performance of a greenhouse with a phase change material north wall[J]. Energy and Buildings, 2011:doi:10.1016/j.enbuild.2011. 07.020.
[7] LADEKAR C, CHOUDHARY S K, KHANDARE S S. Experimental investigation for the optimization of heat pipe performance in latent heat thermal storage[J]. Journal of Mechanical Science and Technology, 2017, 31(6):2627-2634.
[8] 闫磊, 王洪涛, 闫和平. 线材蓄热式加热炉的改造实践[J]. 冶金能源, 2014, 33(5):34-35. YAN Lei, WANG Hongtao, YAN Heping. Reconstruction practice of the wire[J]. Energy for Metallurgical Industry, 2014, 33(5):34-35.
[9] 胡素娟.PDF的两相湍流模型的有限分析/网格算法[D].杭州:杭州电子科技大学, 2012.
[10] YAKHOT V, ORSZG S A. Renormalization group analysis of turbulence:Basic theory[J]. Journal of Scientific Computing, 1986, 1(1):3-51.
[11] SHIH T H, LIOU W, SHABBIR A, et al. A new k-ε eddy-viscosity model for high Reynolds turbulent flows-model development and validation[J]. Computers Fluids, 1995, 24(3):227-238.

[1]	冯国会, 王天雨, 王刚. 封装方式对相变水箱蓄放热性能影响模拟分析[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2161-2176.
[2]	叶文兰, 赵明, 胡明禹, 田扬. 管束式相变蓄热器的蓄放热性能分析[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2151-2160.
[3]	李仲博, 汉京晓, 王成成, 杨慧, 杨娜, 尹少武, 王立, 童莉葛, 唐志伟, 丁玉龙. 热化学反应器放热过程模拟及参数影响规律[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2133-2140.
[4]	吴小凌, 周涛, 刘钰照, 杜艳平, 陈会平, 李顺. 基于空气紊流的中空底孔微柱阵列设计及强化散热数值研究[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(6): 1980-1987.
[5]	冯锦新, 凌子夜, 方晓明, 张正国. 相变乳液的研究进展[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(6): 1968-1979.
[6]	蒋铖一, 钟尊睿, 吴自德, 彭浩. C₈H₁₈～C₁₁H₂₄ 混合烷烃体系相变材料的热力学性能[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(6): 1957-1967.
[7]	林春景, 李丹华, 温浩然, 马天翼, 常宏, 常沛祥, 李海强, 刘仕强. 动力电池在充电过程中的膨胀力特性[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(5): 1627-1633.
[8]	胡海燕, 侴术雷, 肖遥. 基于分子轨道杂化的高电压钠离子电池层状氧化物正极材料[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(4): 1093-1102.
[9]	周新宇, 栾道成, 胡志华, 凌俊华, 文科林, 刘浪, 阴志铭, 米书恒, 王正云. 含碳二元系相变储热材料储热性能分析选择[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(4): 1175-1183.
[10]	李钰颖, 魏雯珍, 李琦, 吴玉庭. 可用于低中温热能储存的四元硝酸盐/埃洛石/石墨定型复合材料的制备与研究[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(3): 1044-1051.
[11]	甘露雨, 陈汝颂, 潘弘毅, 吴思远, 禹习谦, 李泓. 锂电池安全性多尺度研究策略：实验与模拟方法[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(3): 852-865.
[12]	刘金平, 蒲博伟, 邹喆乂, 李铭清, 丁昱清, 任元, 罗亚桥, 李杰, 李亚捷, 王达, 何冰, 施思齐. 基于蒙特卡罗模拟的离子导体热力学与动力学特性[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(3): 878-896.
[13]	张永学, 王梓熙, 鲁博辉, 杨胜旗, 赵泓宇. 雪花型翅片提高相变储热单元储/放热性能[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(2): 521-530.
[14]	郭云琪, 盛楠, 朱春宇, 饶中浩. 基于模板法制备氧化铝纤维及其石蜡复合相变材料热性能[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(2): 511-520.
[15]	张晓光, 潘晓楠, 李金铭, 刘丽, 何燕. 电池排布对锂电池组相变热管理性能的影响[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(1): 127-135.

流固耦合固体相变蓄热建模与分析方法

Modeling and simulation of phase change material based energy storage system using fluid-solid coupling

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价