科技作品 特等獎(jiǎng)
作品簡介：
相變儲(chǔ)能作為一種高效的能源存儲(chǔ)和調(diào)度手段，在未來能源格局中具有巨大的研究潛力。現(xiàn)有的相變儲(chǔ)能技術(shù)存在相變材料熔化速率慢、熔化不均勻等問題。超聲波作為一種特殊的強(qiáng)化傳熱手段，可以加快相變材料熔化速率。前人所作研究均將超聲波換能器布置于容器外表面，存在超聲波傳導(dǎo)損失大、能源利用率低等缺點(diǎn)。基于此背景，本作品通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)了一種新型的超聲波優(yōu)化相變儲(chǔ)能技術(shù)系統(tǒng)。針對傳導(dǎo)損失大的問題，采用功率為35W，頻率為43kHz的壓電陶瓷片代替大體積的超聲波振子，使傳熱過程與超聲波振動(dòng)耦合；超聲波發(fā)生器在腔體內(nèi)與相變材料接觸，相較外置超聲波系統(tǒng)超聲波傳入系統(tǒng)損耗降低26%；針對換熱不均的問題，設(shè)計(jì)了超聲波發(fā)生器組布置方案及自動(dòng)控制系統(tǒng)控制邏輯，儲(chǔ)能單元內(nèi)部熔化相界面均勻度顯著提升。數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，本系統(tǒng)在環(huán)境溫度為室溫、相變材料熔點(diǎn)為 35℃條件下，相變材料熔化速率與無超聲波優(yōu)化對照組相比提升 50%以上，具有絕對優(yōu)勢，達(dá)到了優(yōu)化儲(chǔ)能單元綜合效率、儲(chǔ)能單元內(nèi)能量收放快速準(zhǔn)確控制的目的，節(jié)能減排潛力巨大。
