一种非理想固-液相变材料的储放能测试系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种非理想固‑液相变材料的储放能测试系统及方法，包括储能装置、非理想固‑液相变材料、固定夹具、进口软管、出口软管、第一喉箍、第二喉箍、第三喉箍、第四喉箍、进口三通球阀、出口三通球阀；通过可转动的固定夹具和进口软管及出口软管的配合使用，可以非常方便的实现竖直和水平情况下非理想固‑液相变材料储放能特性的对比测试；通过在储能管1/2高度平面及某一径向剖面上布置测温热电偶，在保证测量结果可靠的情况下大大减少了测温热电偶的数目；为非理想固‑液相变材料提供了一种全面的储放能测试的系统及方法。

An Energy Storage Testing System and Method for Nonideal Solid-liquid Phase Change Materials

The invention relates to an energy storage testing system and method for non-ideal solid liquid phase change materials, including energy storage device, non-ideal solid liquid phase change materials, fixture, import hose, export hose, first throat hoop, second throat hoop, third throat hoop, fourth throat hoop, import three-way ball valve and export three-way ball valve. The combination of rotating fixture, import hose and outlet hose can conveniently realize the comparative test of energy storage characteristics of non-ideal solid-liquid phase change materials under vertical and horizontal conditions; by arranging thermocouples on the 1/2 height plane and a radial section of the energy storage tube, the reliable measurement results can be guaranteed. In this case, the number of thermocouples is greatly reduced, and a comprehensive energy storage testing system and method for non-ideal solid-liquid phase change materials are provided.

【技术实现步骤摘要】
一种非理想固-液相变材料的储放能测试系统及方法
本专利技术涉及一种非理想固-液相变材料的储放能测试系统及方法，属于相变换热性能测试

技术介绍
相变储能技术是解决能量在时空上分布不均及供求不匹配的重要手段，被广泛应用于太阳能利用、风能利用、工业余热回收和电力调峰等领域，是当前储能
的热门研究方向。相变材料是相变储能的核心部分，根据相变形式可分为固-气、液-气、固-固和固-液四种形式，其中固-液相变材料是目前应用最广泛的一类。相变材料根据相变过程中比热特性又可分为理想相变材料和非理想相变材料，理想相变材料的熔化和凝固过程发生在一个温度点上,而非理想相变材料的熔化和凝固过程发生在一个温度区间上。公开号为CN101358940“相变蓄热测试仪”的专利技术专利，对装有建筑相变材料的水浴进行加热，利用温度传感器测量温度，并绘出实时温度曲线，通过控制加热装置的启停，最后由测试数据计算出建筑相变材料的蓄热量；公开号为CN105675647A“相变蓄热测试装置及相变蓄热测试方法”的专利技术专利，将热水流过装有相变材料的铁质蓄热器中的换热铝管，在换热铝管尺寸不同的情况下测试相变材料温度变化；公开号为CN107727688A“一种块状相变蓄热装置的性能试验装置”和公开号为CN107884436A“一种相变蓄热装置的性能测试方法”的专利技术专利，在多个保温板合围形成一个矩形内腔的箱体内放置电加热板，并在箱体内布置多个热电偶，测量相变蓄热材料内部温度变化；公开号为CN107228880A“用于相变材料储放热循环性能测试的程序控制系统及其方法”的专利技术专利，通过高温流体循环夹套和低温流体循环夹套实现相变材料的熔化储热和凝固放热，通过自动升降杆实现相变材料储热和放热的自动切换，通过程序控制器实现相变材料多次储放热循环性能的测试；但是上述已公开的申请中，都存在一个问题，那就是，非理想相变材料因为相变过程发生在一个温度区间内，相变过程相对理想相变材料更为复杂，现有的相变材料测试系统和方法主要针对理想相变材料进行储能测试，且测试变量较为单一；因此，需要设计一种能对非理想相变材料进行全面的储放能测试的系统及方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种非理想固-液相变材料的储放能测试系统及方法，可以实现对非理想相变材料进行全面的储能放能测试。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种非理想固-液相变材料的储放能测试系统，包括储能装置，其包括储能管和换热铜管，储能管的顶端通过上盖封闭，其底端通过下盖封闭，换热铜管穿插在储能管内，且两端分别伸出储能管的上盖和下盖；换热铜管靠近上盖的一端通过出口管道与高低温装置的一端连通，其靠近下盖的另一端通过进口管道与高低温装置的另一端连通；在换热铜管靠近上盖的一端与出口管道之间还布设出口软管，换热铜管靠近下盖的一端与进口管道之间布设进口软管；在进口管道上安装电动调节阀、流量计和水泵；在储能管的侧壁上沿着圆周均匀开设至少一个孔，以其中一个孔为中心，沿着储能管轴向方向对称开设四个孔，每个孔内安插测温热电偶；前述的测温热电偶通过数据采集仪与计算机连通；前述的储能管通过固定夹具夹紧，且转动固定夹具储能管可旋转移动；作为本专利技术的进一步优选，前述的高低温装置包括高温管道和低温管道，在高温管道上安装高温水箱，低温管道上安装低温水箱，高温管道的一端、低温管道的一端通过进口三通球阀与进口管道连通，高温管道的另一端、低温管道的另一端通过出口三通球阀与出口管道连通，形成完整的液体流通回路；作为本专利技术的进一步优选，出口软管与换热铜管靠近上盖的一端连接处安装第一喉箍，其与出口管道连接处安装第二喉箍；进口软管与换热铜管靠近下盖的一端连接处安装第四喉箍，其与进口管道连接处安装第三喉箍；作为本专利技术的进一步优选，在位于储能管二分之一高度处沿着侧壁圆周均匀开设八个孔，以其中一个孔为中心，在储能管轴向方向对称开设四个孔，每个孔内安插两根测温热电偶；作为本专利技术的进一步优选，储能管、储能管的上盖和下盖均采用透明聚碳酸酯材料制作，两者均与储能管螺纹连接；在上盖和下盖的中心位置分别开设通孔，换热铜管的两端分别由通孔伸出；作为本专利技术的进一步优选，在换热铜管外露部分、出口软管、进口软管、出口管道、进口管道、高温管道和低温管道的外围均包裹保温棉，进口三通球阀与出口三通球阀均采用L型三通球阀；一种基于上述非理想固-液相变材料的储放能测试方法，首先按照测温热电偶的布置位置，对非理想固-液相变材料进行控制单元划分，沿储能管圆周方向均匀划分为八个区域，沿径向方向划分为两个区域，沿轴向方向划分为五个区域，因此可以得到5×8×2＝80个控制单元，用Vijk、Tijk分别代表每个控制单元的容积和温度，其中i代表轴向方向上的控制单位位置，从上到下依次为1、2、3、4、5，j代表周向方向上的控制单位位置，从径向测点所在位置开始顺时针以此为1、2、3、4、5、6、7、8，k代表径向方向上的控制单位位置，从内往外以此为1、2，由此T3,j,k(j＝1,2,3,4,5,6,7,8；k＝1,2)和Ti,1,k(i＝1,2,4,5；k＝1,2)为测温热电偶直接测得值，其余控制单元的温度通过以下方式获得，接下来进行测试：在计算机中依次输入下列数值，包括i、j、k的具体数值，所有控制单元的容积Vijk，非理想相变特性材料熔化温度区间(Tp1,Tp2)，凝固温度区间(T＇p1,T＇p2)，以及融化潜热h和凝固潜热h＇，相变材料总质量M，固相比热容cp,s，液相比热容cp,l，固相密度ρs，液相密度ρl，放能温度T0，储能温度Th；调节高温水箱温度，当高温水箱温度达到储能温度Th时，转动进口三通球阀使进口管道与高温管道相通，转动出口三通球阀使高温管道与出口管道相通，将电动调节阀阀门开启且开到最大状态，开启水泵，高温水沿整个回路管道流动并通过换热铜管向相变材料放热，测温热电偶监测相变材料各测温点的温度动态变化，通过数据采集仪将温度数据传给计算机并记录，任一时刻τ下控制单元Vijk的温度Tijk为，此时相变材料平均温度为，控制单元Vijk的液相比αijk为，控制单元Vijk的储存的能量为，其中，mijk为控制单元Vijk综合质量，mijk＝(ρs+αijk(ρ1-ρs))Vijk总存储能量Q为，最大存储能量Qmax为，Qmax＝Mcp,s(Tpi-T0)+Mh+Mcp,l(Th-Tp2)储能比为，当储能比为达到1时，储能完全；调节低温水箱温度，当低温水箱温度达到放能温度T0时，转动进口三通球阀使进口管道与低温管道相通，转动出口三通球阀使低温管道与出口管道相通，低温水沿整个回路管道流动并通过换热铜管向相变材料吸热，测温热电偶监测相变材料各测温点的温度动态变化，通过数据采集仪将温度数据传给计算机并记录，任一时刻τ下控制单元Vijk的温度T′ijk为，此时相变材料平均温度为，控制单元Vijk的固相比βijk为，控制单元Vijk的放出的能量为，其中，m′ijk为控制单元Vijk综合质量，m＇ijk＝(ρl+βijk(ρs-ρl))Vijk总放出能量Q′为，最大放出能量Q′max为，Q′max＝Mcp,s(T′p1-T0)+Mh＇+Mcp,l(Th-T′p2)最后得出，放能比为，当放能比为达到1时，放能完全本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非理想固‑液相变材料的储放能测试系统，其特征在于：包括储能装置，其包括储能管和换热铜管，储能管的顶端通过上盖封闭，其底端通过下盖封闭，换热铜管穿插在储能管内，且两端分别伸出储能管的上盖和下盖；换热铜管靠近上盖的一端通过出口管道与高低温装置的一端连通，其靠近下盖的另一端通过进口管道与高低温装置的另一端连通；在换热铜管靠近上盖的一端与出口管道之间还布设出口软管，换热铜管靠近下盖的一端与进口管道之间布设进口软管；在进口管道上安装电动调节阀、流量计和水泵；在储能管的侧壁上沿着圆周均匀开设至少一个孔，以其中一个孔为中心，沿着储能管轴向方向对称开设四个孔，每个孔内安插测温热电偶；前述的测温热电偶通过数据采集仪与计算机连通；前述的储能管通过固定夹具夹紧，且转动固定夹具储能管可旋转移动。

【技术特征摘要】
1.一种非理想固-液相变材料的储放能测试系统，其特征在于：包括储能装置，其包括储能管和换热铜管，储能管的顶端通过上盖封闭，其底端通过下盖封闭，换热铜管穿插在储能管内，且两端分别伸出储能管的上盖和下盖；换热铜管靠近上盖的一端通过出口管道与高低温装置的一端连通，其靠近下盖的另一端通过进口管道与高低温装置的另一端连通；在换热铜管靠近上盖的一端与出口管道之间还布设出口软管，换热铜管靠近下盖的一端与进口管道之间布设进口软管；在进口管道上安装电动调节阀、流量计和水泵；在储能管的侧壁上沿着圆周均匀开设至少一个孔，以其中一个孔为中心，沿着储能管轴向方向对称开设四个孔，每个孔内安插测温热电偶；前述的测温热电偶通过数据采集仪与计算机连通；前述的储能管通过固定夹具夹紧，且转动固定夹具储能管可旋转移动。2.根据权利要求1所述的非理想固-液相变材料的储放能测试系统，其特征在于：前述的高低温装置包括高温管道和低温管道，在高温管道上安装高温水箱，低温管道上安装低温水箱，高温管道的一端、低温管道的一端通过进口三通球阀与进口管道连通，高温管道的另一端、低温管道的另一端通过出口三通球阀与出口管道连通，形成完整的液体流通回路。3.根据权利要求1所述的非理想固-液相变材料的储放能测试系统，其特征在于：出口软管与换热铜管靠近上盖的一端连接处安装第一喉箍，其与出口管道连接处安装第二喉箍；进口软管与换热铜管靠近下盖的一端连接处安装第四喉箍，其与进口管道连接处安装第三喉箍。4.根据权利要求1所述的非理想固-液相变材料的储放能测试系统，其特征在于：在位于储能管二分之一高度处沿着侧壁圆周均匀开设八个孔，以其中一个孔为中心，在储能管轴向方向对称开设四个孔，每个孔内安插两根测温热电偶。5.根据权利要求1所述的非理想固-液相变材料的储放能测试系统，其特征在于：储能管、储能管的上盖和下盖均采用透明聚碳酸酯材料制作，两者均与储能管螺纹连接；在上盖和下盖的中心位置分别开设通孔，换热铜管的两端分别由通孔伸出。6.根据权利要求2或3所述的非理想固-液相变材料的储放能测试系统，其特征在于：在换热铜管外露部分、出口软管、进口软管、出口管道、进口管道、高温管道和低温管道的外围均包裹保温棉，进口三通球阀与出口三通球阀均采用L型三通球阀。7.一种基于上述任一权利要求的非理想固-液相变材料的储放能测试方法，其特征在于：首先按照测温热电偶的布置位置，对非理想固-液相变材料进行控制单元划分，沿储能管圆周方向均匀划分为八个区域，沿径向方向划分为两个区域，沿轴向方向划分为五个区域，因此可以得到5×8×2＝80个控制单元，用Vijk、Tijk分别代表每个控制单元的容积和温度，其中i代表轴向方向上的控制单位位置，从上到下依次为1、2、3、4、5，j...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘正浩，张小松，王昌领，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32