本发明专利技术公开了一种风力致热的两相流装置及方法，本发明专利技术利用大气液比条件下竖直管(或者倾斜管)气液两相段塞流的高强度流动摩擦效应，将风力的机械能转换为热能，实现风力致热；所述装置的主体部件包括风力叶轮、变速器、涡旋压缩机动静盘、两相流致热管、气液分离器，辅助部件包括连接管和阀门。风力叶轮、变速器与涡旋压缩机动静盘经轴相连接，风力叶轮和变速器替代涡旋压缩机的电机来驱动涡旋压缩机的动静盘，利用风力使气体增压。增压后的气体进入两相流致热管与其中的液体一起形成大气液比的气液两相段塞流，依靠高强度摩擦效应将风能转换为热能，拓展风力致热的途径。
【技术实现步骤摘要】
一种风力致热的两相流装置及方法
本专利技术属于风能利用
，具体是一种风力致热的两相流装置及方法。
技术介绍
风能是一种可再生的清洁能源，有效地利用风能是能源利用的一大热点。我国的风能储量巨大，据估算陆地上可利用的风能约为25万MW，海域可利用的风能约75万MW。地球自西向东自转所引起的季风，在某些地区风能可持续几个月，且具有白天与黑夜连续利用的特点，与太阳能只能白天利用相比具有其优势。依靠风力机将风能转换为电能是风能利用的最常见形式，风力致热是风能利用的另一种形式。风力致热技术将风能直接转换为热能,可用于提供生活热水以及低温下的生活供暖、农作物温室供暖和水产养殖供暖等。风力致热技术不像风电技术那样复杂，其装置结构也相对简单，具有风能利用率高、风况适应性强等技术特征。随着人们日常生活和农业生产对热能需求的增长，风力致热技术具有广阔的应用前景。风力致热的常见方法有五种。第一种风力致热方法是先将风力发电，再将电能通过电阻丝发热，该方法属于间接发热,将风能转换为热能的效率不高。第二种风力致热方法是用风力机带动一台空气压缩机将空气压缩后再放出热量，该方法的原理是利用气体的膨胀放热，将风能转换为热能的效率也不高。第三种风力致热方法是将风力机带动搅拌器高速转动并搅拌液体致热，该方法的原理是利用搅拌器与液体之间的摩擦生热，将风能转换为热能的效率比较高，但是搅拌器在液体中长期高速转动，易引起转动轴的磨损并造成振动。第四种风力致热方法是利用风力使固体材料摩擦产生热量，该方法将风能转换为热能的效率也比较高，但是固体材料的摩擦必然引起材料的磨损，长时间摩擦会使固体材料性能衰减。第五种风力致热方法是利用风力驱动液压泵运转，使液压油从小孔高速喷射，该过程中通过摩擦、冲击而致热，将风能转换为热能，该方法采用了液压这一复杂的传动原理，设备造价高，操作难度大。由上述可以看出，现有的这五种风力致热方法各有其优势和局限。因此，有必要开发一种新的装置及方法，以将风能转化为热能，拓展风力制热的途径。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种风力致热的两相流装置及方法，本专利技术以两相流摩擦致热为基本原理，是一种利用气液两相流在大气液比段塞流条件下的高摩擦效应将风能转换成热能的新装置及方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种风力致热的两相流装置，包括风力叶轮、涡旋压缩机动静盘、两相流致热管和气液分离器，风力叶轮与涡旋压缩机动静盘相连，风力叶轮用于接受风力并驱动涡旋压缩机动静盘工作，两相流致热管竖直或倾斜设置，两相流致热管的上端设有两相流出口，两相流致热管的下端设有进气口和进液口，进气口位于进液口的上方，涡旋压缩机动静盘的气体出口与进气口连接且连接管路上设有气体调节阀，两相流出口与气液分离器上的气液两相入口通过管路连接，气液分离器的下部设有液体回流口和液体外输口，液体回流口与进液口连接且连接管路上设有液体调节阀，气液分离器上还设有补液口。优选的，涡旋压缩机动静盘的气体出口设有用于防止压缩气体回流的气体单向阀。优选的，两相流出口在竖直方向上高于气液两相入口，两相流出口与气液两相入口之间通过倾斜下降管连通。优选的，进气口在竖直方向低于所述液体外输口，液体回流口设置于气液分离器的底部，液体回流口上连接有疏液阀，补液口在竖直方向上低于气液两相入口，补液口上连接有补液阀，液体回流口在竖直方向上低于液体外输口。优选的，气液分离器的顶部设有气体出口，气体出口与涡旋压缩机动静盘的气体入口连接，气液分离器上设有用于平衡气液分离器内外压力的气压平衡孔。优选的，两相流致热管的轴线与水平方向的夹角大于等于30°。优选的，风力致热的两相流装置还包括变速器，风力叶轮和变速器通过第一连接轴连接，变速器通过第二连接轴与涡旋压缩机动静盘连接。优选的，所述风力致热的两相流装置可以设置一个两相流致热管，或者也可以并联设置两个以上两相流致热管，当并联设置两个以上两相流致热管时，所有两相流致热管的进气口均与涡旋压缩机动静盘的气体出口连接，且连接管路上均设有气体调节阀；所有两相流致热管的两相流出口与气液分离器上的气液两相入口通过管路连接；所有两相流致热管的进液口与气液分离器上的液体回流口连接，且连接管路上均设置有液体调节阀；或者，所述风力致热的两相流装置设置至少两个，所有风力致热的两相流装置的液体外输口通过管路汇集。本专利技术的风力致热的方法，通过本专利技术所述风力致热的两相流装置进行，包括如下过程：在两相流致热管中注入液体并形成液柱；利用风力叶轮和涡旋压缩机动静盘将气体增压；增压后的气体进入两相流致热管并与两相流致热管中的液体形成气液两相段塞流，产生摩擦效应，使得气液两相温度升高；温度升高后的气液两相进入气液分离器进行气液分离；气液分离器分离出的液体从液体回流口和进液口重新进入两相流致热管用于形成气液两相段塞流；当气液分离器中的液体温度达到预设温度后，从液体外输口输出液体；当气液分离器中的液位低于预设值后从补液口向气液分离器内补液。优选的，风力致热的热量E计算过程如下：E＝τ(1+S)QLg(ρm-ρh)Lpsinθ按如下方法计算液体的温升ΔT：其中：τ为风力致热的时间，S为气液比，气液比为气体体积流量与液体体积流量两者之比，QL为液体的体积流量，g为重力加速度，ρm为两相流致热管中气液两相流体的实际平均密度，ρh为气液两相流的均相密度，Lp为两相流致热管的长度，θ为两相流致热管相对于水平面的倾角；ηL为液体吸热率，ρL为液体密度，CpL为液体的等压比热，VL为装置中液体的总体积。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的风力致热的两相流装置利用风力叶轮和涡旋压缩机动静盘对气体进行增压，两相流致热管上的进气口位于进液口的上方，并且两相流致热管竖直或倾斜设置，这样使得增压后的气体从进气口进入两相流致热管后与两相流致热管内的液柱形成气液两相段塞流，产生高强度的摩擦效应，将风力的机械能转换为热能，对气液两相进行加热；利用气体调节阀和液体调节阀能够分别控制气体和液体的流量大小，使得两相流致热管内的气液比达到预设值，进而形成气液两相段塞流；气液分离器能够对从两相流致热管上两相流出口流出的温度升高的气液两相进行气液分离，分离得到的液体能够经液体回流口和两相流致热管上的进液口重新形成气液两相段塞流，使得内能不断累积增加，达到加热的目的。利用气液分离器上的液体外输口，能够在气液分离器内的液体温度达到预设值后将液体排出使用，利用气液分离器上的补液口，能够在气液分离器内液体的量小于预设值时进行补液，保证整个装置中有足够的液体进行热循环。本专利技术的风力致热的两相流装置以两相流摩擦致热为基本原理，能够将风能转化为液体的内能并被使用，拓展风力制热的途径，由于主要是气液两相之间的摩擦生热，因此转换效率比较高，同时没有特别高的压力和流速，因此气液两相对两相流致热管摩擦小，由本专利技术的装置组成可以看出，本专利技术整个装置结构相对简单。进一步本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种风力致热的两相流装置，其特征在于，包括风力叶轮、涡旋压缩机动静盘、两相流致热管(11)和气液分离器(14)，风力叶轮与涡旋压缩机动静盘相连，风力叶轮用于接受风力并驱动涡旋压缩机动静盘工作，两相流致热管(11)竖直或倾斜设置，两相流致热管(11)的上端设有两相流出口(12)，两相流致热管(11)的下端设有进气口(10)和进液口(15)，进气口(10)位于进液口(15)的上方，涡旋压缩机动静盘的气体出口与进气口(10)连接且连接管路上设有气体调节阀(9)，两相流出口(12)与气液分离器(14)上的气液两相入口(19)通过管路连接，气液分离器(14)的下部设有液体回流口(18)和液体外输口(23)，液体回流口(18)与进液口(15)连接且连接管路上设有液体调节阀(17)，气液分离器(14)上还设有补液口(22)。/n
【技术特征摘要】
1.一种风力致热的两相流装置，其特征在于，包括风力叶轮、涡旋压缩机动静盘、两相流致热管(11)和气液分离器(14)，风力叶轮与涡旋压缩机动静盘相连，风力叶轮用于接受风力并驱动涡旋压缩机动静盘工作，两相流致热管(11)竖直或倾斜设置，两相流致热管(11)的上端设有两相流出口(12)，两相流致热管(11)的下端设有进气口(10)和进液口(15)，进气口(10)位于进液口(15)的上方，涡旋压缩机动静盘的气体出口与进气口(10)连接且连接管路上设有气体调节阀(9)，两相流出口(12)与气液分离器(14)上的气液两相入口(19)通过管路连接，气液分离器(14)的下部设有液体回流口(18)和液体外输口(23)，液体回流口(18)与进液口(15)连接且连接管路上设有液体调节阀(17)，气液分离器(14)上还设有补液口(22)。
2.根据权利要求1所述的一种风力致热的两相流装置，其特征在于，涡旋压缩机动静盘的气体出口设有用于防止压缩气体回流的气体单向阀(7)。
3.根据权利要求1所述的一种风力致热的两相流装置，其特征在于，两相流出口(12)在竖直方向上高于气液两相入口(19)，两相流出口(12)与气液两相入口(19)之间通过倾斜下降管(13)连通。
4.根据权利要求1所述的一种风力致热的两相流装置，其特征在于，进气口(10)在竖直方向低于所述液体外输口(23)，液体回流口(18)设置于气液分离器(14)的底部，液体回流口(18)上连接有疏液阀(24)，补液口(22)在竖直方向上低于气液两相入口(19)，补液口(22)上连接有补液阀(26)，液体回流口(18)在竖直方向上低于液体外输口(23)。
5.根据权利要求1所述的一种风力致热的两相流装置，其特征在于，气液分离器(14)的顶部设有气体出口(20)，气体出口(20)与涡旋压缩机动静盘的气体入口连接，气液分离器(14)上设有用于平衡气液分离器(14)内外压力的气压平衡孔(21)。
6.根据权利要求1所述的一种风力致热的两相流装置，其特征在于，两相流致热管(11)的轴线与水平方向的夹角大于等于30°。
7.根据权利要求1所述的一种风力致热的两相流装置，其特征在于，还包括变速器(3)，风力叶轮(1)和变速器(3)通过第一连接轴连接，变速器(3)...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，黄娜，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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