熱化學(xué)儲(chǔ)熱與顯熱、潛熱儲(chǔ)熱相比,儲(chǔ)熱密度高且能夠?qū)崿F(xiàn)常溫下季節(jié)性儲(chǔ)熱;谘趸}-氫氧化鈣熱化學(xué)儲(chǔ)熱系統(tǒng),建立了二維軸對(duì)稱非穩(wěn)態(tài)氣固化學(xué)反應(yīng)模型,對(duì)直接傳熱式氧化鈣-氫氧化鈣儲(chǔ)熱裝置的放熱過程進(jìn)行了研究,并分析了壓力、流量、床體孔隙率、床體高度等參數(shù)對(duì)放熱過程的影響。該模型耦合了氣固化學(xué)反應(yīng)、多孔介質(zhì)內(nèi)的傳熱傳質(zhì)和流體流動(dòng)。模擬結(jié)果表明,在反應(yīng)床內(nèi)存在一個(gè)反應(yīng)速率較快的區(qū)域,隨著放熱的進(jìn)行該區(qū)域由入口逐漸向出口移動(dòng);壓力、流量分別是影響出口溫度、放熱功率的主要因素;改變反應(yīng)物高度,系統(tǒng)的大放熱功率不變。
1 模型的建立
1.1 物理模型
圖1 氧化鈣-氫氧化鈣反應(yīng)器
1.2 數(shù)學(xué)模型
2 結(jié)果與討論
2.1 氧化鈣放熱反應(yīng)
圖2 監(jiān)測點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化
圖3 不同時(shí)間對(duì)稱軸上反應(yīng)速率的分布
圖4 t =500 s, r =0反應(yīng)速率、溫度和水蒸氣分壓的分布
圖5 反應(yīng)放熱功率隨時(shí)間變化
2.2 反應(yīng)條件對(duì)放熱反應(yīng)影響分析
圖6 不同壓力出口溫度
圖7 不同壓力反應(yīng)放熱功率
圖8 不同流量下出口溫度
圖9 不同流量下反應(yīng)放熱功率
圖10 不同孔隙率出口溫度
圖11 不同孔隙率反應(yīng)放熱功率
圖12 不同反應(yīng)物高度下放熱功率
3 結(jié) 論
與其它儲(chǔ)熱方式相比熱化學(xué)儲(chǔ)熱具有儲(chǔ)熱密度高和可實(shí)現(xiàn)常溫下季節(jié)性儲(chǔ)熱等優(yōu)勢(shì)。本工作采用數(shù)值模擬的方法,建立了多物理場耦合的二維軸對(duì)稱非穩(wěn)態(tài)模型,對(duì)直接傳熱式固定床中氧化鈣-氫氧化鈣的放熱過程和反應(yīng)條件對(duì)放熱過程的影響進(jìn)行了系統(tǒng)地研究,得出以下結(jié)論。
(1)直接傳熱式氧化鈣-氫氧化鈣固定床反應(yīng) 器中存在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)速率明顯較快的區(qū)域,化學(xué)反應(yīng)由入口向出口逐漸進(jìn)行。
(2)提高水蒸氣分壓可以提高放熱溫度和放熱功率,系統(tǒng)在較寬幅度的水蒸氣壓力下保持相對(duì)穩(wěn)定的出口溫度。提高流量可以提高系統(tǒng)的放熱功率,在該模型當(dāng)中傳熱流體與反應(yīng)顆粒充分換熱,氣體的流量決定了換熱量,從而決定了放熱功率。
(3)降低反應(yīng)床孔隙率,放熱功率不變但反應(yīng)時(shí)間延長,儲(chǔ)熱密度提高。在一定范圍內(nèi),通過增加反應(yīng)物的高度可以增加反應(yīng)物的量從而增加反應(yīng)放熱功率,繼續(xù)增加反應(yīng)物的高度,由于反應(yīng)區(qū)域不再擴(kuò)大,反應(yīng)放熱功率保持恒定。
引用本文
鄧 暢,潘智豪,閆 君,趙長穎. 氧化鈣-氫氧化鈣熱化學(xué)儲(chǔ)熱系統(tǒng)放熱數(shù)值分析[J]. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù), 2018, 7(2): 248-254.
原標(biāo)題:氧化鈣-氫氧化鈣熱化學(xué)儲(chǔ)熱系統(tǒng)放熱數(shù)值分析