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氧化钙-氢氧化钙热化学储热系统放热数值分析

热化学储热与显热、潜热储热相比,储热密度高且能够实现常温下季节性储热。基于氧化钙-氢氧化钙热化学储热系统,建立了二维轴对称非稳态气固化学反应模型,对直接传热式氧化钙-氢氧化钙储热装置的放热过程进行了研究,并分析了压力、流量、床体孔隙率、床体高度等参数对放热过程的影响。该模型耦合了气固化学反应、多孔介质内的传热传质和流体流动。模拟结果表明,在反应床内存在一个反应速率较快的区域,随着放热的进行该区域由入口逐渐向出口移动;压力、流量分别是影响出口温度、放热功率的主要因素;改变反应物高度,系统的最大放热功率不变。

1 模型的建立

1.1 物理模型

图1 氧化钙-氢氧化钙反应器

1.2 数学模型

2 结果与讨论

2.1 氧化钙放热反应

图2 监测点温度随时间变化

图3 不同时间对称轴上反应速率的分布

图4 t =500 s, r =0反应速率、温度和水蒸气分压的分布

图5 反应放热功率随时间变化

2.2 反应条件对放热反应影响分析

图6 不同压力出口温度

 

图7 不同压力反应放热功率

图8 不同流量下出口温度

图9 不同流量下反应放热功率

 

图10 不同孔隙率出口温度

图11 不同孔隙率反应放热功率

 

图12 不同反应物高度下放热功率

3 结 论

与其它储热方式相比热化学储热具有储热密度高和可实现常温下季节性储热等优势。本工作采用数值模拟的方法,建立了多物理场耦合的二维轴对称非稳态模型,对直接传热式固定床中氧化钙-氢氧化钙的放热过程和反应条件对放热过程的影响进行了系统地研究,得出以下结论。

(1)直接传热式氧化钙-氢氧化钙固定床反应 器中存在一个化学反应速率明显较快的区域,化学反应由入口向出口逐渐进行。

(2)提高水蒸气分压可以提高放热温度和放热功率,系统在较宽幅度的水蒸气压力下保持相对稳定的出口温度。提高流量可以提高系统的放热功率,在该模型当中传热流体与反应颗粒充分换热,气体的流量决定了换热量,从而决定了放热功率。

(3)降低反应床孔隙率,放热功率不变但反应时间延长,储热密度提高。在一定范围内,通过增加反应物的高度可以增加反应物的量从而增加反应放热功率,继续增加反应物的高度,由于反应区域不再扩大,反应放热功率保持恒定。

引用本文

邓 畅,潘智豪,闫 君,赵长颖. 氧化钙-氢氧化钙热化学储热系统放热数值分析[J]. 储能科学与技术, 2018, 7(2): 248-254.

原标题:氧化钙-氢氧化钙热化学储热系统放热数值分析


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