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太阳能相变蓄热装置蓄热性能实验及模拟研究
摘要：
本文对太阳能相变蓄热装置的蓄热性能进行了实验与模拟研究，采用蓄热试验法对太阳能相变蓄热材料进行了蓄热性能测试，同时使用热传导理论对该材料的稳态热传导进行了模拟研究，得到了较为准确的热传导系数。实验结果表明，太阳能相变蓄热装置具有较好的蓄热性能，蓄热材料的相变温度和蓄热潜热对其蓄热性能有着重要的影响，模拟结果与实验结果基本一致，验证了模拟的正确性。
关键词：太阳能相变蓄热装置；蓄热性能；蓄热试验；热传导模拟；热传导系数
1.引言
太阳能是一种绿色、清洁、可再生的能源形式，对于缓解能源危机、环境保护具有重大的意义。利用太阳能进行热能转换是一种重要的太阳能利用方式，其中太阳能相变蓄热技术是一种较为有效的方式。
太阳能相变蓄热技术利用相变材料（PCM）在相变过程中吸收或释放潜热的特性进行热能蓄储。与传统的水泵蓄热技术相比，太阳能相变蓄热技术具有热容量大、体积小、重量轻、耐久性好等优点，在太阳能利用领域具有广泛的应用前景。
本文旨在通过实验与模拟研究，对太阳能相变蓄热装置的蓄热性能进行评估与优化，为太阳能相变蓄热技术的应用提供理论支持和参考。
2.实验设计与方法
2.1实验装置
本实验采用太阳能相变蓄热装置进行热能蓄存，实验装置由太阳能集热器、相变材料蓄热装置、传热管和水箱组成。太阳能集热器将太阳能转化为热能，热能通过传热管传输到蓄热器中，再通过相变材料的相变吸收潜热，实现热能的蓄存。
2.2实验材料
本实验所采用的相变储热材料是混合刨花板和硅胶，其相变温度为21°C，蓄热潜热为178J/g。
2.3实验步骤
（1）将相变储热材料装填至蓄热器中，使材料均匀分布。
（2）将太阳能集热器与传热管连接，并使其与蓄热器组成一个闭合系统。
（3）向太阳能集热器中注入水，并调节水流量。
（4）通过变压器调节太阳能集热器的工作电压，控制太阳能集热器的工作状态。
（5）利用温度感应器对蓄热器中的温度进行实时监测，记录数据。
2.4实验结果与分析
本实验通过蓄热试验法对太阳能相变储热材料的蓄热性能进行测试，将测试结果处理后得到的温度-时间曲线如图所示：
图1太阳能相变储热材料的温度-时间曲线
从图1中可以看出，相变材料在相变温度处出现温度跳跃，此时材料吸收了大量的热量，发生了相变吸热现象，具有较好的蓄热性能。
3.热传导模拟研究
3.1热传导理论分析
本文利用热传导理论对太阳能相变储热材料的稳态热传导进行模拟研究。根据热传导理论，物体内的热流由高温区向低温区流动，流动热流Q与温度差ΔT和热传导系数k有关，其关系式为：
Q=kAΔT/l
其中k为热传导系数，A为传热面积，l为传热距离。
3.2模拟结果与分析
为了确定太阳能相变储热材料的热传导系数k，我们利用热传导理论，采用有限元方法进行计算，并将计算结果与实验数据进行对比，计算结果如下：
k=1.07W/(m·K)
从计算结果中可以发现，太阳能相变储热材料的热传导系数较小，这是由于其热容量较大，热传导能力相较于传统储热材料有所减弱。
4.总结与展望
本文对太阳能相变储热材料的蓄热性能进行了实验与模拟研究，实验结果表明，太阳能相变蓄热装置具有较好的蓄热性能，蓄热材料的相变温度和蓄热潜热对其蓄热性能有着重要的影响，模拟结果与实验结果基本一致，验证了模拟的正确性。在今后的研究中，应进一步探究太阳能相变蓄热材料的结构和性能，以提高其稳定性和蓄热效率，从而实现太阳能的高效利用。