太阳能家用热水系统中级联潜热储热罐的热分析

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为增强太阳能集热储热系统的热性能，本研究通过引入级联相变材料（cascade-PCMs）来优化矩形热能储存（TES）罐的性能。采用三种商用相变材料（RT44HC、RT54HC和RT62HC），其熔融温度分别不同。这些级联相变材料以板状形式垂直排列于模块中，集成于水储热罐内。平板太阳集热器中的传热流体（HTF）捕获太阳能并将其传递至TES罐，以潜热形式储存。建立了二维（2D）数值模型，采用焓孔隙法和守恒方程分析TES罐内的熔融和传热过程，并通过已有实验和数值数据进行了验证。在摩洛哥马拉喀什气象条件下，对级联相变材料罐进行了9 h充能期（8:00-17:00）的性能评估。优化研究确定了各级联相变材料的最优高度：RT44HC为23 cm、RT54HC为16 cm、RT62HC为11 cm，该配置提高了熔融质量和储热效果。将级联相变材料储热罐与单一相变材料（single-PCM）储热罐在充能期间的热特性进行了对比。结果表明，级联相变材料实现了完全熔融，而单一相变材料的熔融分数仅达0.903。最优级联相变材料配置的感显热和潜热储能容量均略高于单一相变材料罐。与单一相变材料罐相比，太阳集热器与级联相变材料储热罐的组合系统平均集热效率提高了3.47%。

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