工程科学与技术，国际期刊19（2016）619全长文章以石蜡为蓄热材料Ashish Agarwal*，R.M. 萨尔维亚机械工程系，Maulana Azad国家技术学院，博帕尔，MP，印度A R T I C L E I N F OA B S不 R 一C T文章历史记录：收到日期：2015年6月3日收到日期：2015年9月5日2015年9月29日接受2015年11月18日在线发布保留字：相变蓄热熔化和固化工艺Para n蜡本文设计了一种以石蜡为蓄热材料的管壳式太阳能干燥器在研究的第一部分中，评估了潜热存储系统在以空气作为传热介质（HTF）的充放过程中的热特性和传热特性在研究的最后一部分中，已经确定了使用LHS干燥食品的有效性以及对食品干燥动力学的有效性。通过一系列实验研究了HTF的流速和温度对LHS充放电过程的影响通过对LHS内不同时刻的温度分布进行分析，得到了LHS内不同时刻的温度沿径向和纵向的分布情况系统的热性能进行评估的累积能量充电和放电，在充电和放电过程中的LHS，分别。实验结果表明，在非日照时间或太阳能强度很低的情况下，LHS适合于食品干燥的热风供应。在LHS的排放期间，空气的温度增益在17 °C至5 °C的范围内持续约10小时© 2015 ， Karabuk University. Elsevier B. V. 制 作 和 托 管 这 是 CC BY-NC-ND 许 可 证 下 的 开 放 获 取 文 章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍近年来，由于能源供需之间的巨大差距，世界上大多数发展中国家这个问题可以通过利用可再生能源在一定程度上最小化。太阳能是最具吸引力的可再生能源形式。太阳能在世界上是丰富的，但它不是连续的，它的强度也随时间变化。由于上述原因，基于太阳能的热系统的可接受性和可靠性低于常规系统。设计合理的储热系统可以弥补能源需求和可用性之间的差距，从而提高太阳能热系统的可靠性。 热能可以以显热、潜热或热化学能的形式储存。潜热蓄热是一种更有吸引力的形式，因为单位体积的能量存储容量高，在恒定温度下吸收和释放热量，化学稳定性，缩略语：DSC，差示扫描量热法; HTF，传热流体; LHS，潜热储存; PCM，相变材料; PID，比例-积分-导数; PPH，湿基。* 通讯作者。联系电话：+91 9425680418，传真：+91 7552670562。电 子 邮 件 地 址 ： er_ashishagarwal@yahoo.com （ A.Agarwal）。由Karabuk大学负责进行同行审查。腐蚀性、蒸汽压低、相变时体积变化小等。[1]。文献中已经报道了许多实验和计算研究，Abhat[1]、Lane[2]、Zhou等人[3]、Garg等人[4]、Zhang等人[5]、Tyagi和Buddhi[6]、Riffat等人[7]、Sethi和Sharma[8]、Verma等人[9]以及Agrawal和Sarviya[10]对用于热储系统的相变材料（PCM）进行了详细综述。许多研究者已经报道了不同几何构型的相变储热系统在充、放热过程中的传热特性。霍达达迪和张[11]数值研究了球形容器中相变材料的熔化过程。数值研究结果表明，球的顶部区域的熔化速率高于底部区域。他们研究对流对熔化速率的影响Medrano等人[12]实验研究了五种小型换热器作为潜热蓄热系统在充放热过程中的传热特性。结果表明，以石墨为基体的相变材料套管式换热器具有最高的蓄热能力。Liu等人[13]实验研究了硬脂酸在垂直环形储能系统中固化过程中的热和热传递特性他们研究了固液界面在径向上的移动此外，影响http://dx.doi.org/10.1016/j.jestch.2015.09.0142215-0986/© 2015，Karabuk University.由Elsevier B. V.制作和托管。这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http：creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。出版社：Karabuk University，PressUnit ISSN （印刷版）：1302-0056 ISSN（在线）：2215-0986 ISSN（电子邮件）：1308-2043主 办可 在 www.sciencedirect.com上 在 线ScienceDirect可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：http://www.elsevier.com/locate/jestch620A. Agarwal，R.M.Sarviya/Engineering Science and Technology，an International Journal 19（2016）619报告了不同宽度的鳍状物。他们的结果表明，翅片可以增强PCM的传导和自然对流传热Ezan等人[14]通过实验研究了水作为HTF在充放电循环期间壳管式系统的热性能。它们评估系统在不同操作条件下的性能。他们研究了入口温度、流速、管壳直径和管材料的导热性对系统存储容量的影响。结果表明，在熔化和凝固过程中，自然对流传热方式占主导地位。只有在熔化和凝固过程开始时，传导才占主导地位热交换器入口温度的变化对热交换器能量损失的影响要大于热交换器流量的变化。Akgün等人[15]通过实验评估了垂直管壳式换热器中PCM的熔化和固化行为。研究结果表明，提高导热油的温度可以大大缩短熔化时间。HTF的质量流速值越小，能耗越低。Seeniraj等人[16]对翅片管潜热蓄热（LHTS）模块进行了数值研究。模块的壳侧填充有PCM，而管携带传热流体（HTF）。研究了各种几何参数、热物理参数和各种无量纲参数对机组性能的影响。他们观察到，在无翅片管的情况下，HTF管出口端的一些PCM仍处于固态。在模块中添加鳍状物后，观察到储能过程的明显增强Hosseini等人[17]进行了一项实验研究，评价了相变材料在水平管壳式蓄热器中的熔化行为他们发现，由于浮力效应，高温区域存在于最上部 他们声称，通过将温度从 70 °C提高到 80 °C ， 总 熔 化 时 间 减 少 到 37% 。 Adine 和 ElQarnia[18]报道了相变储热单元中PCM熔化的数值本研究选用管壳式储热系统通过数值模拟研究了多个相变材料对热性能的影响。选择熔点为50 °C和27.7 °C的正十八烷和P116作为蓄热材料，并填充在壳程中。水被用作通过内管的传热流体和湍流。 水在强制对流下流动并将热量传递给PCM。采用数值模拟的方法研究了相变储能单元的热性能，研究了相变储能单元在充能（熔化）过程中的热性能。进行了参数研究，以优化设计和评估系统的热性能。在研究过程中考虑的关键参数是：HTF的质量流速和温度以及相变材料的比例质量。Li 和 Kong[19] 进 行 了 一 项 数 值 研 究 ， 以 评 估 使 用 para-aluminum作为PCM的管壳式储热单元的热性能该研究使用空气和水作为HTF进行。进行了参数分析，以评估HTF入口速度对HTF出口温度、Nu和熔体分数的影响结果表明，空气入口流速对空气出口温度和换热量影响较大，而水入口流速对水出口温度影响较小。Trp[20]对充放电过程中的壳管式潜热储能系统进行了实验和数值研究研究的目的是为系统性能和设计优化提供指导。通过对不同工况、不同几何参数下的传热管、管壁和相变材料的非稳态温度分布Zhang和Faghri[21]使用温度转换模型对偏心环空中的冻结进行了数值研究他们研究了偏心率对冻结过程的影响。Sari和Kaygusuz[22在一些酸的熔融和固体化过程中进行了实验研究，包括硬脂酸、月桂酸和硬脂酸的低共熔混合物以及肉豆蔻酸。他们认为，HTF的温度和质量流速对PCM的凝固行为比熔融行为更有效。Avci和Yazici[25]报告了在水平管壳式储存系统中对苯的测定了入口温度对熔化和固化时间的影响。该研究的重点是了解基于PCM内部温度场随时间变化的过程Wang等人[26]数值研究了管壳式相变储热装置的熔化和凝固特性Yusuf Yazici等人[27]报道了在水平壳管式储存系统中的石蜡凝固特性本文测定并讨论了内管偏心对凝固的影响。内管已根据外壳的中心向上/向下移动。除了同心几何形状（e = 0）外，还考虑了距外壳中心的六个不同偏心率值：e = −10，−20，−30，10，20，30。研究的重点是根据PCM内部的瞬态温度场了解PCM的固化行为。偏心率被证明影响总的凝固时间相当大。偏心率，无论是向上或向下，被发现使总凝固时间较长。Pandiyarajan等人[28]为了评价柴油机排气热回收系统的性能，进行了一项试验研究在本研究中使用翅片管壳式换热器。据报道，该系统的热回收率为10- 15%。本文研究了流体流速和温度对传热的影响过去曾对该公司进行过几次调查，潜热蓄冷系统充、放热过程的动态特性[29Wu和Fang[29]建立了数值模型，分析了在放热过程中，HTF的质量流速和入口温度对与太阳能集热器耦合的潜热储热系统瞬态热特性的影响。储热系统由一个圆柱形的储热罐组成，储热罐中装有含有相变材料（PCM）的球形胶囊。肉豆蔻酸被用作PCM，水被用作传热流体（HTF）。与相变材料的初始温度相比，HTF的质量流速和入口温度对完全凝固时间和排热速率有很大影响固化过程中的放热分为三个阶段，即液体显热释放、固化潜热释放和固体显热释放。PCM的温度在液体显热释放阶段非常迅速地下降，然后它稳定在固化温度，直到固化过程完成。Veerappan等人[30]分析研究了封装在球形外壳中的不同PCM的相变平衡，以确定合适的储热材料。该模型可用于确定相变材料在球形容器中凝固和熔化的界面位置和相变完成结果表明，相变材料的导热系数对固化时间和固化研究结果表明，在熔化初期，导热是主要的传热方式。熔化后，自然对流现象对熔化有很大的影响Liu等人[31]模拟了热管潜热蓄热装置在充能过程中的动态特性。建立了动态充能过程模型，分析了相变材料初始温度和热管工质入口温度以石蜡为相变材料，水为传热介质.热存储的热性能是根据总热存储容量、热容量和热容量来测量的。A. Agarwal，R.M.Sarviya/Engineering Science and Technology，an International Journal 19（2016）619621储热率和热管介质出口温度研究结果表明，相变材料的初始温度越低，热管介质的入口温度越高，相变材料的蓄热能力越强，蓄热率越高。本研究主要针对太阳能乾燥机之管壳式储热系统进行开发关于太阳能干燥机的文献[32-采用蓄热式干燥系统可以提高传统干燥机的工作可靠性和工作时间。不同类型的材料，如岩石、水、沙子和花岗岩、金属废料、石蜡、铝粉和石蜡的混合物，在大多数先前的研究工作中已被用作储存材料[35在大多数研究人员设计的太阳能干燥器中，显热储热材料如岩石、石油等。用了显热储热材料的储热能力较低，在设计储热系统时需要大量的显热储热材料。相变储热材料如石蜡、水合盐等具有较高的熔化潜热，因此，对于相同的储热量，所需的储热材料体积较小。在文献中关于在太阳能干燥器中使用潜热储存材料的信息非常有限。文献[40一些研究者提出了不同的设计方案，包括：太阳能空气加热器内置相变材料作为储能介质，太阳能空气加热器连接到相变材料的热交换器在具有内置能量存储介质的太阳能空气加热器[43，44]中，PCM以不同形状和尺寸的胶囊的形式引入吸收板下方。如果这些类型的储热系统用于太阳能干燥器，则它们需要在常规太阳能干燥器的设计中进行大的修改，这进一步增加了干燥器的操作和维护的成本和复杂性有必要开发简单和低成本的潜在的用于太阳能干燥器的储热单元，可以很容易地与现有的太阳能干燥器连接，而无需对干燥器的设计进行重大修改。本实验研究的目的是开发用于太阳能干燥器的潜热储存器，并评价其在充放热过程中的性能。在白天，来自太阳能收集器的热空气流过潜热储存器，以将多余的太阳能传递到潜热储存系统。在非日照时间期间，通过迫使环境空气通过潜热存储系统，利用潜热存储器中存储的能量来加热环境空气。加热的空气用于干燥食品。本实验研究的第一部分是通过测定石蜡在管壳式储热器中的熔化和凝固行为，研究其在充放热过程中的空气被用作本研究的传热介质（HTF）。本文通过一系列实验研究了导热油的流速和温度对石蜡的熔化、凝固和储存能量得到了潜热蓄热单元内温度沿径向和纵向的分布随时间的变化规律在研究的最后一部分，潜热储存释放的能量对马铃薯片，这是作为模态食品的干燥动力学的影响进行了测定和讨论。2. 实验装置和程序2.1. 实验装置为本研究构建的实验装置示于图1A和1B中。 1和2. 图图1示出了没有将干燥室连接到潜热储存器（LHS）的实验装置。该装置用于评价LHS充放电过程中的传热特性图2示出了用于评估LHS用于干燥食品的有效性的具有干燥室的实验装置。实验装置包括热交换器、K型热电偶、数据记录器、双核PC机、带比例-积分-微分（PID）温度控制器的空气加热器和转子。需要一个PID温度控制器来向LHS提供恒定温度的空气。本文采用Selec Make DTC324PID控制器对热风炉的热风进行恒温控制。管壳式热交换器是由两个同心的圆柱形管组成的。由镀锌铁制成的外部圆柱形管长1000 mm，内径127 mm，而位于外部圆柱形管中心的25 mm外径铜管是空气流过的传热管相变材料填充在热交换器的壳侧中。热交换器的外表面用8 mm厚的玻璃棉进行良好的隔热，以减少向周围环境的热损失。该系统包括一个空气-气流回路，可用于充电和放电的LHS。在充电期间，热量从热空气传递到PCM，而在放电期间，热量从PCM传递到空气。通过记录温度来确定蓄热器不同轴向和径向位置处的温度，图1.一、 用于评估LHS充放电期间传热特性的实验装置示意图。622A. Agarwal，R.M.Sarviya/Engineering Science and Technology，an International Journal 19（2016）619图二. 干燥室实验装置示意图。不同的热电偶在LHS中放置了36个热电偶以测量温度变化。PCM中热电偶沿LHS轴向的位置由A、B、C和D表示，如图3所示。9个热电偶位于0°、90°和180°角方向的每个轴向位置（图4）。如图4所示，三个热电偶位于每个角方向上，与中心的径向距离为15mm、30 mm和45 mm。干燥室在卸料过程中连接到LHS上，以检查LHS干燥食品的有效性（图1）。 2）的情况。干燥室为立式圆筒形，由镀锌铁皮制成，用7cm厚的玻璃棉隔热干燥室的内径和高度分别为180 mm和750 mm。数据采集系统用于在限定时间间隔后扫描并记录热电偶的所有输出值。该系统包括一个基于微处理器的温度扫描仪，内置存储器记录和存储数据。RS232电缆用于将数据采集系统连接计算机软件用于与数据记录仪通信，并在计算机上分析和显示数据通过传热管的空气流量由转子流量计测量。空气加热单元被制造用于以恒定的温度供应热空气，温度为LHS。610 mm长的绝缘外壳，76.2 mm直径的镀锌铁制成的空气加热装置。空气加热器采用翅片式电阻加热元件在充电和放电过程中，使用比例-积分-微分（PID）控制器保持LHS入口处的恒定空气温度，该控制器基于从位于HTF管入口处的热电偶接收的信号控制加热器的操作在实验过程中，使用一个气流控制阀以所需的气流速率供应空气为了证明实验结果的准确性，需要进行不确定度分析。在本工作中，Kline和McClintock方法[45]已用于测量计算传热速率的不确定度。通过测量空气的质量流速（m）和LHS入口和出口处的空气温度（Ti）来计算传热率（Q）。传热速率（U Q）的不确定度取决于与空气流速和温度测量相关的不确定度。克莱恩和麦克林托克[45]提出了用独立不确定度计算单样品实验不确定度的均方根不确定度法。根据该方法，本工作的传热率的不确定性通过以下方程图三. PC M 、HTF管的尺寸以及LHS中位置A、B、C和D处热电偶的位置。A. Agarwal，R.M.Sarviya/Engineering Science and Technology，an International Journal 19（2016）619623见图4。 LHS中不同热电偶在位置A、B、C和D的位置。数据收集开始。每10分钟收集一次所有热电偶的温度数据当所有热电偶的读数高于熔化温度范围时，充电实验结束然后在既定条件下开始排放（石蜡固化）实验。恒定流速和恒定温度的冷空气开始循环。如在充电实验中一样，以10分钟的时间间隔测量并记录来自热电偶的读数液化过程中空气的质量流速在0.0015 kg/sec至0.003 kg/ sec范围内变化。在充电期间针对不同的空气入口温度（80 °C、85 °C、90 °C）进行若干实验测定并讨论了相变材料在熔化过程中沿壳体轴向和径向温度随时间的变化。在排放模式期间，干燥室附接到LHS容器，以便研究使用LHS干燥食品的有效性以及对食品的干燥动力学的有效性。带有干燥室的实验装置的示意图如图所示。 二、2.3. PCM的选择和表征本工作的目的是开发低成本的太阳能干燥器蓄热为了实现该目标，选择低成本的商业级石蜡代替纯石蜡作为相变材料第二季度第二季度第二季度12一种蜡。商业级石蜡是以下物质的组合：UQU UT2 UT2（一）不同的，主要是直链碳氢化合物，mTiTo碳原子，并从石油蒸馏获得[46，47]。由于不同碳氢化合物的组合，其熔融温度-式中，Um和UT分别为空气质量流速和温度在本实验工作中，空气质量流速和温度的测量不确定度分别为±0.02公斤/秒和±0.01 ℃传热率的测量不确定度为2.5%。2.2. 实验程序在实验之前，将热交换器系统水平放置，并将液体PCM填充在热交换器中。为了检查PCM的泄漏和校准系统，需要进行几次测试。在PCM处于固态时进行了充电实验。充电的初始条件是建立时，所有热电偶内的paradun显示相同的温度。在装料（石蜡熔化）期间，来自比例-积分-微分控制空气加热器的热空气在所需温度下（超过PCM的熔化范围）开始循环，温度范围大。印度石油公司生产的商业级石蜡被用作本研究的相变材料，因为它价格便宜，并且在印度市场上容易获得不同的熔融温度范围。为了计算系统的性能，必须对PCM进行特性研究因此，对石蜡进行了DSC（差示扫描量热法）和热导率分析对石蜡样品进行了DSC分析，测定了石蜡的比热、潜热和熔点范围。在热分析仪（Pyris DSC 6000，TA）上以加热和冷却循环进行DSC分析。将质量为10 mg的样品密封在铝盘中;空盘用作参比。在-10.00 °C至170.00 °C的温度范围内，以10.00 °C/min的加热和冷却速率，在恒定体积流速的恒定氮气流下进行分析DSC分析的结果示于图5中，并且其显示大的熔融范围。 本研究选择的对位蜡是不同直链的组合，图五. 石蜡样品的DSC曲线。624A. Agarwal，R.M.Sarviya/Engineering Science and Technology，an International Journal 19（2016）619表1石蜡的热物理性质。属性值熔融温度范围（°C）41-55潜热容量（kJ/kg）176比热（kJ/kg-K）2.8密度（kg/m3）835导热系数（W/m-K）0.21碳氢化合物，因此其熔化温度范围大。采用瞬态平面热源法（TPS），借助热盘热常数分析仪TPS-2500测定了石蜡的导热系数。采用经典的阿基米德原理，对石蜡的密度进行了简单的实验测定。测量的对位蜡的热物理性质示于表1中。测得的石蜡的热物理性质与现有文献值[473. 实验结果与讨论使用上述装置和程序，进行了几项最大充电时间和合适的HTF温度和充电LHS的质量流速的选择取决于太阳能的可用时间和食品干燥的操作要求，即，空气必须是干燥的、热的并且以所需的速度在食物上移动对于大多数食品，干燥空气的温度应在40-60 °C的范围内印度大部分季节的日太阳能利用率几乎等于8小时，因此需要在此期间对储热系统进行充电。入口HTF温度选择在80- 90 °C范围内根据石蜡的温度分布、充放时间、充放累积能量以及不同进口温度和导热油质量流速下的导热油质量流速，对在90 °C、85 °C和80 °C的入口HTF温度下评估了改变入口HTF温度对在充电和放电过程期间充电和放电的能量的影响3.1.LHS充电过程中PCM温度的瞬态变化相变材料在不同角度和轴向的温度瞬态变化瞬态温度分布有助于确定LHS中的传热速率和熔化当HTF入口温度为90 °C时，相变材料的温度出现瞬态变化HTF通过LHS的质量流速保持在0.003kg/sec的恒定水平3.1.1.LHS充压过程中相变材料轴向不同位置温度的瞬态变化在充电期间，在LHS的角度和轴向方向上LHS中的角度位置（0°、90°和180°）和轴向位置（A、B、C和D）如图2和3所示。3和4在角度方向上，通过位于0°、90°和180°位置的热电偶读数计算平均温度，如图1和图2所示。3和4图6示出了在HTF入口温度为90 °C的情况下，在充电期间，在位置A、B、C和D处的沿角方向的温度差异表明温度在所有方向上都不均匀。在充电期间的一段时间后，与0°和90°位置相比，在180°位置处观察到高温如图6所示，在所有四个轴向储热位置（A、B、C和D），温度分布相似。在充电的初始阶段，温度几乎相同，并且随着时间的推移，位置A和B处的温度升高略高于位置C和D处的温度升高 如图在图6a-d中，与热存储的其他位置（0°、90°）相比，位置180°处的温度增加更多。 如图 6a在80分钟的时刻，90°和180°的角位置之间的温度差在位置A处为5 °C;该差随时间增加。在110 min的时刻，在0°和180°的蓄热角位置之间存在约8 °C的温差相变材料的熔化首先发生在靠近管壁的180°角处随着时间的推移，在180°角处形成了小的温度梯度，熔体自然对流的方向是向上的。熔融PCM由于重力和低密度而向90°的位置移动。当熔融PCM与固体PCM接触时，它将热量传递给固体PCM。因此，与0°相比，温度在90°角位置处更快速地增加。由于在位置0°处的传导主导的热传递和PCM的低热导率，与在热存储的90°和180°角位置处的温度增加相比，在位置0°处的温度增加较小在480 min时，PCM的熔化在180°和90°储热位置处完成少量的PCM以固态留在储热的0°位置观察到类似的温度瞬态变化趋势地点B C和D在LHS的所有四个轴向位置中，与0°和90°热存储位置处的温度相比，180°位置处的温度非常迅速地增加在充电过程结束时，在180°和0°的储热位置之间存在温度差在充电过程中，液相区存在三个区域固体相变材料内部的传热是由传热的衰减现象引起的。固体PCM通过对流从液体区域接收热量熔融区内熔体的对流换热由于温度差导致的熔融区域中的密度梯度，熔体的对流湍流被减弱。熔体的对流换热强化了相变材料熔融区的传热。图7示出了在Tin= 90 °C和m = 0.003 kg/sec下充电期间在LHS的不同轴向位置处的PCM平均温度的随时间变化。通过取位置A、B、C和D处的热电偶读数的平均值，计算充电期间不同轴向位置A、B、C和D在LHS中的位置如图3所示。根据位于相应位置的所有热电偶的读数计算这些位置处PCM的平均温度与位置C和D相比，位置A和B处的PCM的温度增加得更快。由于在LHS开始时PCM和HTF之间的大温差，在位置A和B处发生高传热。传热管进出口存在温度梯度。LHS入口和出口之间的HTF平均温差约为15 °C。在位置D处观察到PCM的最低温度，由于PCM和HTF之间的温差在充电过程结束时，对于LHS的PCM在充电过程结束时的平均温度为60 °C。在本分析中使用的PCM的熔化温度是55 °C，这表明PCM在期望的持续时间内在LHS的大部分区域中熔化。A. Agarwal，R.M.Sarviya/Engineering Science and Technology，an International Journal 19（2016）619625(a)（b）第（1）款(c)（d）其他事项图六、 （a-d）在Tin = 90 °C和m = 0.003 kg/sec的LHS充电期间，位置a、b、c和d处PCM角温度曲线的时间变化（误差条表示平均值的标准误差）。了图7. 在Tin = 90 °C和m = 0.003 kg/sec的LHS充电期间，位置A、B、C和D处的PCM平均温度的瞬态变化。（误差条表示平均值的标准误差）。3.1.2.LHS充电过程中PCM温度沿角方向的瞬态变化为了计算LHS不同角度方向上的温度分布，将热电偶嵌入LHS的不同角度位置。热电偶在LHS不同角度方向的详细位置如图4所示。根据不同角位置（即0°、90°和180°）的热电偶读数计算角方向的温度分布。使用位置A、B、C和D处相同角位置处热电偶的时间平均读数计算角方向上的平均温度读数比如说， 在位置A、B、C和D处的角位置0°处的特定时刻的所有热电偶读数的平均值给出了0°角位置的以相同的方式在90°和180°角位置测量平均三个角位置的温度分布如图8所示。在图8中清楚地示出，在LHS充电期间的不同时刻，180°角位置处的温度高于0°和90°角位置处的温度。在熔化的初始阶段，热量通过传导传递到更靠近传热管的PCM。随着时间的推移，更多的熔化发生在传热管周围，由于较暖和较冷的PCM之间的密度差，形成自然对流，并且熔化的PCM沿向上的方向移动由于自然65Tin = 90o Cm= 0.003 kg/sec605550熔化范围454035角度位置180°角度位置90°角度位置0°300100200 300400时间（分钟）50060065在m= 0.003 kg/sec不= 90°605550熔化范围454035角度位置180°角度位置90°角度位置0°300100200 300400时间（分钟）50060065Tin = 90o Cm= 0.003 kg/sec605550熔化范围454035角度位置180°角度位置90°角度位置0°300100200 300400时间（分钟）50060065Tin = 90o Cm= 0.003 kg/sec605550熔化范围454035角度位置180°角度位置90°角度位置0°300100200 300时间（分40050060065Tin = 90o Cm = 0.003 kg/sec605550熔化范围4540ABCD35300100 200300 400时间（分钟）500 600Temperature（°C）Temperature（°C）Temperature（°C）Temperature（°C）Temperature（°C）626A. Agarwal，R.M.Sarviya/Engineering Science and Technology，an International Journal 19（2016）619图8.第八条。在Tin = 90 °C和m = 0.003 kg/sec的LHS充电循环期间，在环形的不同角位置处PCM平均温度分布的瞬态变化。（误差条表示平均值的标准误差）。在对流的情况下，热量在180°位置处传递得更快，该位置位于热存储的最上部。如图所示，在其他角度位置（90°，0°）观察到低传热。 8，由于PCM的低热导率和传导主导的热传递。位置（90°）处的温度高于储热位置（0°），这是由于位置90°和180°之间的高温PCM接近。3.2. 传热介质温度对LHS充液的影响在某些气候条件下，真空管太阳能空气加热器无法获得90 °C的空气为了考察HTF（空气）入口温度对充电时间和传热速率的影响，还对HTF入口温度为85 °C和80 °C进行了充电研究充电时间定义 为 充 电 过 程 中 LHS 所 有 位 置 的 热 电 偶 温 度 达 到 熔 化 温 度（55 °C）所需的时间。图9示出了对于90 °C、85 °C和80 °C的HTF入口温度和0.003 kg/sec的完全充电的质量流速，在LHS的充电循环期间PCM平均温度的瞬态变化。采用时间平均法测量了不同HTF入口温度见图9。在HTF质量流速为0.003 kg/sec的充电过程中，不同HTF入口温度下PCM的平均温度分布。见图10。 HTF入口温度对充气时间的影响。从位置A、B、C和D处的所有热电偶的读数中，热电偶的位置在图1和图2中确定。3和4温度曲线显示了不同的加热状态，即敏感加热、相变加热和液体加热。温度分布表明，当HTF的温度为90 °C时，体系的平均温度较高由于PCM的显热，在35-45 °C的温度范围内温度急剧上升在每个轴向位置处，增加HTF的入口温度导致更小的熔化时间，并提供更多的从HTF进入PCM的焓降。相变材料和导热油之间的温差是传热过程的主要驱动力。随着HTF温度的升高，传热速率成比例地增加与HTF入口温度为85 °C和80 °C相比，当HTF入口温度为90 °C时观察到PCM的高温。在充热初期，热量以显热的形式传递，直至相变材料的温度达到相变材料的熔点。在充电的早期阶段，传导控制PCM中的热传递。随着相变材料熔化量的增加，浮力驱动对流换热的作用使相变材料的熔化速率增大。HTF入口温度对充电（熔化时间）的影响如图10所示。在该图中，完成熔化所需的时间以HTF入口温度表示。充电时间定义为充 电 过 程 中 ， 当 LHS 所 有 位 置 的 热 电 偶 温 度 达 到 熔 化 温 度（55 °C）时所需的时间。图10清楚地显示，通过提高HTF入口温度，熔化所需的时间当入口HTF温度从80 °C增加到85 °C和从80 °C增加到90 °C时，总熔化时间分别减少高达9%和16%对于90 °C的HTF温度，在8小时40分钟的持续时间内实现完全熔融，而对于85 °C和80 °C的HTF入口温度，分别需要9小时20分钟和10小时20分钟的持续时间。当HTF入口温度为90 °C时，大部分PCM在8小时的时限内熔化。HTF应在90 °C或更高温度下供应，以在8小时内实现完全熔化。3.3. LHS放电过程中相变材料温度的瞬态变化图图11示出 了 在四个 轴向位置处放电期间PCM温度的瞬态变化。空气（用作HTF），65m = 0.003 kg/secTin = 90o C605550熔化范围454035角度位置0°角度位置90°角度位置180°300100 200300 400时间（分钟）500 600640充电时间= 0.4 Tin- 78 Tin +430026206005805605405205007880828486889092HTF Inlet Temperature Tin（oC）65m = 0.003 kg/sec605550熔化范围4540锡= 90°C35锡= 85°C锡= 80°C300 100 200 300 400 500 600 700时间（分钟）Temperature（°C）Temperature（OC）熔化时间（min）A. Agarwal，R.M.Sarviya/Engineering Science and Technology，an International Journal 19（2016）619627图十一岁在 Tin = 30 °C和m = 0.003 kg/sec时，LHS放电期间LHS位置A、B、C和D处PCM平均温度的瞬态变化。（误差条表示平均值的标准误差）。图12. 不同HTF质量流速下放电循环过程中PCM的平均温度分布。（误差条表示平均值的标准误差）。0.003 kg/sec的恒定质量流速和30 °C的恒定温度下通过热存储系统，以在LHS排放期间从系统中提取热量。发现PCM的平均温度在890分钟内从60 °C下降到40 °C，如图11所示。由于感热的释放，在排放由于HTF和PCM之间的温差较大，在初始阶段热量释放迅速，是传热的主要驱动力。一旦系统的温度下降到PCM的液相线温度（55 °C）以下，温度就非常缓慢地下降。在排放过程开始时，石蜡的温度较高，且石蜡处于液态。在这种状态下，液体显热从系统中排出，其温度从60 °C降至50 °C。此时，在熔融PCM中发生对流驱动的热传递。该曲线表明，热量在前100分钟以液体显热的形式提取，随后是相变热。当传热管附近的PCM达到凝固点时，凝固过程开始并进入相变控制期。然后，邻近PCM管的石蜡开始冻结并释放其潜热。冻结层构成了从内部石蜡到外部的热传递的主要热阻。因此，我们发现相变材料释放显热的速度非常快，相变过程中需要较长的时间来传递潜热。从PCM吸收的热量的主要部分是其潜热。温度在大约790分钟内从50°C降至40 °C。在此期间，潜热从系统释放到HTF。在60-40 °C的温度范围内，在显热和相变恢复期间记录的平均凝固时间为890在最初的100 min内，系统以显热形式释放热量，并出现高温降。以潜热形式回收热量所需的时间约为以显热形式回收热量的8倍3.4. 传热流体流速对LHS排放的影响HTF流速对放电（固化）的影响如图12所示。对于0.0015、0.0022和0.003 kg/sec的HTF质量流速进行排出过程，并且对于所有实验，入口处的HTF温度保持在30°C在放电过程中温度分布结果表明，与质量流速为0.0022、0.003 kg/sec相比，质量流速为0.0015 kg/sec时PCM的平均温度更高。在每个轴向位置处，降低热流率导致从PCM到HTF的低的热传递，这进一步增加了用于排放的总时间。随着导热油流速的增加，传热速率成比例地增加。HTF质量流速对放电时间的影响如图13所示。实验结果表明，降低HTF的质量流速会增加排液时间，蓄热系统排液时间增加。HTF质量流速分别为0.003、0.0022和0.0015 kg/sec时，放电时间分别为890、1010和1100 min。当HTF的质量流速从0.003 kg/s降低到0.0022 kg/s和从0.003 kg/s降低到0.0015 kg/s时，放电时间分别增加了13%和23%3.5. LHS充放电时充放电能量在LHS的充电和放电过程中，分别根据充电和放电的累积能量来测量LHS的热性能通过对整个充电/放电过程中的瞬时传热进行积分来评估充电/放电的累积能量。1200110010009008007002019 - 05 - 25 00：00：00质量流量（m）（kg/sec）图十三. HTF的质量流速（m）对放电时间的影响。65Tin = 30o C60TaTbTCTD5550熔化范围45400 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000时间（分65Tin = 30oC60m = 0.0015kg/secm= 0.0022kg/sec m = 0.0035550熔化范围45400 100200300400500600700800900 1000 1100 1200时间（分钟）排放时间= -1E+07m2- 75714 m +1245.7Tin = 30o CTemperature（°C）时间（分Temperature（°C）628A. Agarwal，R.M.Sarviya/Engineering Science and Technology，an International Journal 19（2016）619t211 埃克16001400120010008006004002001400120010008006004002000Tin = 30oCm = 0.003 kg/secm = 0.0022 kg/secm = 0.0015 kg/sec0 200 400 600 800 1000时间（分钟）00 100 200 300 400 500600时间（分钟）图十五岁在不同HTF
