等溫壓縮空氣儲能系統(tǒng)噴水量研究

何子偉, 羅馬吉, 涂正凱

(1.武漢理工大學現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室, 430070, 武漢; 2.武漢理工大學汽車零部件技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心, 430070, 武漢; 3.武漢理工大學材料復合新技術(shù)國家重點實驗室, 430070, 武漢)

等溫壓縮空氣儲能系統(tǒng)噴水量研究

何子偉1,2, 羅馬吉1,2, 涂正凱3

(1.武漢理工大學現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室, 430070, 武漢; 2.武漢理工大學汽車零部件技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心, 430070, 武漢; 3.武漢理工大學材料復合新技術(shù)國家重點實驗室, 430070, 武漢)

為了揭示等溫壓縮空氣儲能系統(tǒng)中不同參數(shù)對噴水量的影響,提出了利用多變指數(shù)接近1的多變壓縮來研究近等溫壓縮,將壓縮終態(tài)的氣態(tài)水、液態(tài)水、空氣視為理想混合物,分析了壓縮能量的分布狀況,并運用飽和水蒸氣分壓公式、道爾頓分壓定律和組分熱力學參數(shù),研究了不同狀態(tài)參數(shù)下所需噴水量。研究表明,適當增大壓比或降低終溫(噴水量增大)可使得傳熱量比例增大,當壓比為10、轉(zhuǎn)速為100 r/min時,噴水量由5.73 kg/s提高至8.68 kg/s,傳熱量比例提高了5%;壓比、傳熱效率、終溫均對空氣與水質(zhì)量之比有影響;其他條件一定時,轉(zhuǎn)速對空氣與水質(zhì)量之比沒有影響,當壓比為10,傳熱效率為95%,終溫為50 ℃,轉(zhuǎn)速分別為60、100、150 r/min時,空氣與水質(zhì)量之比均為0.86;較低壓強(壓比小于10)不利水儲熱的進行。

壓縮空氣儲能;等溫壓縮;儲熱;飽和水蒸氣分壓

近年來,電力的生產(chǎn)量和消耗量在世界范圍內(nèi)呈持續(xù)增長狀態(tài),越來越多的國家都采取了鼓勵可再生能源(風能、太陽能等)的政策和措施,可再生能源發(fā)電發(fā)展迅猛。但是,由于缺乏配套的大規(guī)模電力儲能系統(tǒng),使得當前“棄風”“棄光”現(xiàn)象嚴重,導致可再生能源利用率長期處于低水平。中國作為世界上能源大國之一,新能源發(fā)電增長迅速,截至2015年底,我國風電、太陽能發(fā)電累計裝機容量達到170 GW,位居世界第一[1],但“棄風”問題非常嚴峻。數(shù)據(jù)顯示,2011—2015年中國棄風電量累計損失達到959億kW/h,全國5年的平均棄風率為13.4%,電費損失累計約518億元[2]。大規(guī)模電力儲能系統(tǒng)的發(fā)展將有效提高可再生能源發(fā)電高利用率,并能實現(xiàn)電網(wǎng)的“削峰填谷”。

壓縮空氣儲能(CAES)作為最具發(fā)展?jié)摿Φ膬δ芊绞綋碛兄T多優(yōu)勢,如儲能級別高、轉(zhuǎn)換效率高、無地理因素限制(儲氣罐替代儲氣洞穴的CAES)、無資源約束(工作介質(zhì)為空氣)等。目前,國外已有兩座運營的壓縮空氣儲能電站,分別為德國Huntorf電站(1978,321 MW,642 MW/h,η=42%)和美國McIntosh電站(1991,110 MW,2 860 MW/h,η=54%);其他的示范項目包括歐洲的Adele(90 MW)和美國的Sustain X(1.5 MW)項目都在建設(shè)中。國內(nèi)的壓縮空氣儲能研究主要包括中科院工程熱物理研究所建設(shè)的先進壓縮空氣儲能示范系統(tǒng)(10 MW)和清華大學建設(shè)的TICC-500(0.5 MW)[3-6]。

等溫壓縮空氣儲能(I(isothermal)-CAES)作為CAES中轉(zhuǎn)換效率最高的儲能類型,目前處于研究和示范過程中。早期,Coney等人開發(fā)了一種新型的等溫壓縮機,并進行了理論和樣機實驗驗證,其中等溫壓縮是通過改裝后的船用柴油機氣缸內(nèi)部的噴嘴噴射大量的水來實現(xiàn),在壓縮機轉(zhuǎn)速達到380 r/min時,壓縮空氣的溫度始終保持在100 ℃以下[7]。Ven等人提出了液體活塞概念,液體活塞中的液體柱位于活塞以上的氣體壓縮室,研究表明通過增加水的比表面積(面積/體積)增加了傳熱效率,這使得壓縮空氣的溫度大大降低,壓縮功降低,壓縮效率提升[8]。Qin等人將噴射水霧和液體活塞相結(jié)合,仿真在低轉(zhuǎn)速60 r/min下進行,并考慮了液滴尺寸、液滴總注入量和噴射方法(預混噴射和直接噴射)的影響,研究表明減小液滴尺寸使得傳熱有更大的總表面積,液滴最優(yōu)尺寸20 μm更接近于等溫效果且直接噴射水霧效果更好[9]。LightSail Energy公司運用噴射水霧方法來實現(xiàn)等溫壓縮[10],Sustain X公司運用預混合水泡沫來實現(xiàn)等溫壓縮[11],二者都是通過增大傳熱介質(zhì)的比表面積來實現(xiàn)等溫壓縮。目前有關(guān)等溫壓縮空氣儲能的研究都集中在不同實現(xiàn)方法理論和模型驗證,本文提出了利用多變指數(shù)接近1的多變壓縮來研究近等溫壓縮,分析了等溫壓縮(噴射水方式)壓縮過程中的能量分布規(guī)律,研究了不同參數(shù)對壓縮過程中空氣與水的質(zhì)量比的影響,計算結(jié)果可以為實驗研究提供參考。

1 等溫壓縮空氣儲能

1.1 壓縮空氣儲能原理與分類

CAES系統(tǒng)作為一種可實現(xiàn)大容量和長時間電能儲存的電力儲能系統(tǒng),一般包括壓氣機、燃燒室及換熱器、透平、儲氣裝置(地下洞穴或壓力容器)、電動機/發(fā)電機5個主要部件[12-13]。其通過壓縮空氣儲存多余的電能(電網(wǎng)負荷低谷期),在需要時將高壓空氣釋放,通過膨脹機做功發(fā)電(電網(wǎng)負荷高峰期),從而完成儲能和釋能過程,具有聚納新能源和削峰填谷等功能[14]。壓縮空氣儲能按能量來源可以分為補燃式和非補燃式兩類[1]。根據(jù)熱量在空氣壓縮期間和膨脹之前的處理過程,壓縮空氣儲能在技術(shù)層面分為非絕熱、絕熱和等溫,儲能類型分為非絕熱壓縮空氣儲能(D(diabatic)-CAES)、絕熱壓縮空氣儲能(A(adiabatic)-CAES)和等溫壓縮空氣儲能(I(isothermal)-CAES)[3]。D-CAES需要借助燃料(天然氣等)補燃來實現(xiàn)系統(tǒng)運行屬于補燃式,A-CAES和I-CAES由于利用系統(tǒng)本身的壓縮熱來實現(xiàn)系統(tǒng)循環(huán)運行屬于非補燃式。非補燃式CAES提高了系統(tǒng)效率和儲能級別,并且清潔環(huán)保無污染,可利用大容量、高可靠性壓力容器儲氣克服了儲氣洞穴的地理條件限制。

1.2 等溫壓縮空氣儲能原理

與傳統(tǒng)的補燃式壓縮空氣儲能結(jié)構(gòu)不同的是,I-CAES將壓氣機和透平功能在一個活塞機構(gòu)中實現(xiàn),帶來了充分的熱交換時間和慢壓縮(膨脹)過程,其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。充電儲能過程:在電網(wǎng)負荷低峰期,電網(wǎng)輸入電能,電機驅(qū)動活塞機構(gòu)壓縮空氣實現(xiàn)壓氣機的功能,通過在壓縮期間噴射水霧(預混合水泡沫)或利用液體活塞進行大面積的熱交換以實現(xiàn)等溫壓縮[3],這部分熱量儲存在水或水泡沫中,高壓空氣被分離儲存在儲氣罐中。放電釋能過程:在電網(wǎng)負荷高峰期,高壓空氣和高壓水進入活塞機構(gòu)膨脹,活塞機構(gòu)驅(qū)動發(fā)電機進行發(fā)電并入電網(wǎng)。在等溫壓縮空氣儲能系統(tǒng)中,由于氣體溫升較低,在壓縮期間消耗的壓縮功少,在膨脹期間提供幾乎相同的壓縮熱在恒溫下膨脹,整個過程壓縮熱被充分利用,因此等溫壓縮空氣儲能的理想效率高[3]。

圖1 I-CAES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

2 熱力學分析

2.1 等溫壓縮與絕熱壓縮

壓縮過程有絕熱壓縮(不發(fā)生任何傳熱)和等溫壓縮(最大理想傳熱)兩種極限情況,p-V圖分別如圖2中的1-2s和1-2T所示,而實際壓縮過程往往為多變壓縮過程,即圖中的1-2n。

圖2 不同壓縮過程的p-V圖

壓縮氣體的生產(chǎn)過程包括氣體的流入、壓縮和輸出,所以壓氣機耗功應(yīng)以技術(shù)功計。由圖2可知,W2s>W2n>W2T,說明絕熱壓縮所消耗的功最多,等溫壓縮最少,多變壓縮介于兩者之間,并且隨著多變指數(shù)的減小而減小[15]。此外由于絕熱壓縮后溫升較高,對組件的耐熱性要求較高,且壓縮后的空氣所占體積大,系統(tǒng)儲能密度低。因此,應(yīng)減小多變指數(shù),使壓縮過程接近于等溫過程,這樣不僅有利于提高系統(tǒng)儲能級別和效率,還可降低組件的耐熱性要求。由以上分析可以得出,等溫壓縮空氣儲能在諸多方面性能優(yōu)于絕熱壓縮空氣儲能。

2.2 近等溫壓縮的多變指數(shù)

在實現(xiàn)等溫壓縮空氣的過程中,由于儲熱介質(zhì)不會將壓縮熱全部吸收且空氣本身具有壓力提高的內(nèi)能,因此空氣的初溫和終溫不可能一致。目前研究的等溫壓縮終溫一般小于80 ℃[16],相比于溫差很大的絕熱壓縮,該過程被稱為近等溫壓縮過程。其多變指數(shù)由式(1)求得

(1)

(2)

式中:n為多變指數(shù);T2為終態(tài)溫度;T1為初態(tài)溫度;p2為終態(tài)壓強;p1為始態(tài)壓強;CR為壓比。假設(shè)壓縮空氣為理想氣體,它和水的初始溫度和終態(tài)溫度一致,取初始溫度為20 ℃,終態(tài)溫度分別為50、60、70 ℃,取始態(tài)壓強為大氣壓0.1 MPa,壓縮過程分為多級壓縮,選擇計算對象作為第一級壓縮,壓比分別為2、5、10、15、20。經(jīng)過計算得出終態(tài)溫度、壓比與多變指數(shù)的關(guān)系如圖3所示。

圖3 不同狀態(tài)參數(shù)下多變指數(shù)圖

如圖3所示,當壓比一定時,隨著終溫的降低,壓縮過程中溫差減小,多變指數(shù)逐漸減小且趨近于1,壓縮過程越接近等溫過程,因此利用多變指數(shù)接近1的多變壓縮過程來研究近等溫壓縮過程。此外,當溫差一定時,隨著壓比的提升,多變指數(shù)也在減小,說明適當提高儲氣壓力有利于近等溫壓縮過程的實現(xiàn)。

3 能量和噴水量計算

3.1 能量計算

由于壓縮過程會產(chǎn)生大量的壓縮熱,噴射進氣缸內(nèi)的部分水會由液態(tài)水轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)水,此時壓縮終態(tài)的混合物由空氣、液態(tài)水、氣態(tài)水所組成,壓縮功的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝鈨?nèi)能、氣態(tài)水儲熱能、液態(tài)水儲熱能、流動功等能量。

壓縮功

(3)

式中:Rg為理想空氣氣體常數(shù)。

過程熱量

(4)

cv=c0-Rg+c1θ+c2θ2+c3θ3

(5)

式中:c0=1.05;c1=-0.365;c2=0.85;c3=-0.39;θ=T/1 000[17]。

對于較小的溫差,在平均溫度下c可以被當做常數(shù)使用[18],因此每一個終態(tài)溫度對應(yīng)一個平均比定容熱容,產(chǎn)生qn這部分能量通過熱傳遞使得部分液態(tài)水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài),熱能被儲存在氣態(tài)水和剩余的液態(tài)水中。

空氣儲能(內(nèi)能變化量)

u2-u1=Δu=Δh-Δ(pv)=

(6)

Δh=qn-wt

(7)

式中:u2為壓縮空氣終態(tài)內(nèi)能;u1為壓縮空氣始態(tài)內(nèi)能;Δh為壓縮過程中焓變,這部分能量由壓縮空氣內(nèi)能變化量Δu和過程中的流動功Δ(pv)組成。

水儲熱

qw=qnη

(8)

式中:qw為儲存在水(氣態(tài)水和液態(tài)水)中的熱能;η為傳熱效率,其值為實際傳熱量qw與理論上的最大傳熱量qn之比。損失的傳熱量包括壓損和通過氣缸壁傳熱耗散到環(huán)境中的能量,由于不同的等溫壓縮實現(xiàn)方式、噴射方式、水霧液滴的大小和質(zhì)量等參數(shù)都會改變液體的比表面積,從而影響傳熱效率[7-11],因此取傳熱效率分別為85%、90%、95%、100%,以研究不同傳熱效率對噴水量的影響。

3.2 噴水量計算

假設(shè)壓縮終態(tài)為理想狀態(tài):水轉(zhuǎn)化為濕飽和蒸汽,氣態(tài)水吸收熱量達到飽和轉(zhuǎn)化為飽和水蒸氣,剩余液態(tài)水吸收熱量轉(zhuǎn)化為飽和水,此時熱量被合理地分配在氣態(tài)水和液態(tài)水中。為了得到不同參數(shù)與壓縮過程中噴水量的關(guān)系,首先需確定多變過程的始態(tài)和終態(tài)參數(shù),然后利用空氣和水的熱力學參數(shù)以及相關(guān)公式計算壓縮過程中的氣態(tài)水質(zhì)量、液態(tài)水儲熱量、氣態(tài)水儲熱量等,最終得到某一溫度和壓強下所需的噴水量。

空氣質(zhì)量流量

(9)

(10)

式中:d為缸徑;L為活塞行程;V為壓縮空氣體積;N為曲軸轉(zhuǎn)速。不考慮余隙容積。

水質(zhì)量流量的求解過程如下。

不同溫度下飽和水蒸氣的壓力為

lg(ps/101 325)=-2.179 4+

2.953×10-2(T2-273.15)-

9.183 7×10-5(T2-273.15)2+

1.445 4×10-7(T2-273.15)3

(11)

p2=pt=ps+pa

(12)

式中:ps為飽和水蒸氣分壓,由文獻[19]中的數(shù)據(jù)擬合得到;pa為壓縮空氣分壓。

道爾頓分壓定律

(13)

根據(jù)式(13)得到空氣和水蒸氣的質(zhì)量流量比為

(14)

在壓縮過程中,濕蒸汽的干度

(15)

因此水儲熱

(16)

式中:hs為飽和水焓值;hH2O(g)為飽和水蒸氣焓值;hH2O(in)為初始液態(tài)水焓值。

3種焓值根據(jù)終態(tài)參數(shù)結(jié)合IAPWS—IF97水和水蒸氣熱力學性質(zhì)的國際工業(yè)公式計算得到[15],進而求得不同終態(tài)參數(shù)下的水質(zhì)量,表1為計算過程中不同參數(shù)數(shù)值。

表1 計算參數(shù)

3.3 圖像分析

由上述分析可知,壓縮功的能量轉(zhuǎn)化為空氣內(nèi)能、氣態(tài)水儲熱能、液態(tài)水儲熱能、流動功等能量,圖4為固定參數(shù)下壓縮功能量轉(zhuǎn)化的分布圖。過程熱量與壓縮功的比值表示壓縮功轉(zhuǎn)化為水儲熱的能量比重,通過計算得到較優(yōu)比值所需求的參數(shù),圖5為過程熱量與壓縮功比值隨壓比和終溫變化的情況。通過計算不同參數(shù)下空氣儲能和水儲熱分布規(guī)律,使盡可能多的能量儲存在水中,減少能量耗散,圖6為空氣儲能與水儲能比值隨壓比和終溫變化的情況。

圖4 壓縮功能量轉(zhuǎn)化分布圖

圖5 過程熱量與壓縮功比值隨不同參數(shù)的變化曲線

圖6 空氣儲能與水儲能比值隨不同參數(shù)的變化曲線

如圖4所示,水儲熱占比最大,為了使這部分能量比例增加,對過程熱量與壓縮功比值隨壓比和終溫的變化規(guī)律進行了研究,如圖5所示。由圖中可以看出,隨著壓比的增大或終溫的降低,比值逐漸增大并趨于恒定達到極值。當壓比為10、轉(zhuǎn)速為100 r/min、終溫分別為60 ℃(噴水量為5.73 kg/s)和50 ℃(噴水量為8.68 kg/s)時,比值分別達到80%和85%;對于終溫為70 ℃(噴水量為3.78 kg/s)的狀態(tài),比值要達到80%,則需要把壓比提高到20,說明在等溫壓縮的實現(xiàn)過程中,應(yīng)該適當增大壓比或者降低終溫(提高噴水量)使得傳熱量比例增大,從而增大儲存在水中的熱量比例。

由圖4還可看出,空氣儲能與水儲熱比值接近1/5,為使這一比值降低,對空氣儲能與水儲熱比值隨壓比和終溫的變化規(guī)律進行了研究,如圖6所示。由圖中可以看出,隨著壓比的增大或終溫的降低,空氣儲能與水儲熱比值逐漸降低并趨于恒定。當終溫為60 ℃時,隨著壓比的增大,比值由1.5降低到1/10左右,更多的能量被儲存在水中(熱損減小);當壓比大于10之后,比值只有較小的改變,因此再增大壓比對于增大該比例無明顯意義,但可以增大傳熱量。由圖6還可得出,壓強較低(壓比小于10)時不利于水儲熱的進行。

為了得出不同參數(shù)對壓縮過程中空氣與水的質(zhì)量比的影響規(guī)律,計算并分析了不同參數(shù)下所需噴水量,得出壓縮空氣量與噴水量比值。圖7表示空氣與水質(zhì)量隨不同參數(shù)變化的情況。

由圖7a可知:由于氣缸缸徑和行程固定,所以壓縮空氣的質(zhì)量與曲軸轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系且保持恒定;當轉(zhuǎn)速一定時,隨著混合物終溫的降低,所需噴水量增大。這是因為壓縮過程中產(chǎn)生的熱量迅速將壓縮空氣的溫度提升,而水的熱容比空氣大,噴水量的增多使得水中儲存更多的熱量,壓縮空氣的溫升降低,最終形成溫度相同的空氣、飽和水、飽和水蒸氣組成的理想混合物。對于3種不同的轉(zhuǎn)速,在壓比、終溫、傳熱效率一定時,壓縮空氣量與噴水量之比相同:壓比為10,傳熱效率為95%,終溫為50 ℃,轉(zhuǎn)速分別為60、100、150 r/min時,空氣與水質(zhì)量比均為0.86。

(a)不同轉(zhuǎn)速(CR=10,η=95%)

(b)不同壓比(N=100 r/min,η=95%)

(c)不同傳熱效率(CR=10)圖7 不同參數(shù)下空氣與水質(zhì)量比

由圖7b可知:壓比一定時,隨著混合物終溫的升高,空氣與水質(zhì)量比呈線性增長,所需噴水量減少;當終溫一定時,隨著壓比的增大,空氣與水質(zhì)量比降低,所需噴水量增大。這是由于終態(tài)壓強的增大,飽和水蒸氣分壓不變,氣態(tài)水質(zhì)量變少,儲存在氣態(tài)水中的熱量減少,而傳熱量隨壓比增大升高,儲存在液態(tài)水中的熱量升高,因此所需噴水量增大。

由圖7c可知:傳熱效率一定時,隨著混合物終溫的升高,空氣與水質(zhì)量比呈線性增長,所需噴水量減少;當終溫一定時,隨著傳熱效率的增大,空氣與水質(zhì)量比降低,所需噴水量增大。這是因為傳熱效率增大,儲存在水中的總熱量增大,而儲存在氣態(tài)水中的熱量一定,因此所需的液態(tài)水量提高。

4 結(jié)論與展望

本文通過熱力學公式和物質(zhì)的熱力學參數(shù)計算并分析了理想狀態(tài)下等溫壓縮空氣儲能的能量分布,利用飽和水蒸氣壓和道爾頓分壓定律求解不同參數(shù)下空氣與水質(zhì)量比,并得出以下結(jié)論。

(1)多變指數(shù)逐漸減小且趨近于1,壓縮過程越接近等溫過程,溫差不變,隨著壓比的提升,多變指數(shù)也在減小,說明適當?shù)奶岣邇鈮毫τ欣诮葴貕嚎s過程的實現(xiàn)。

(2)由壓縮功能量轉(zhuǎn)化分布圖和能量比值變化圖可以得出,在等溫壓縮的實現(xiàn)過程中,應(yīng)該適當增大壓比或降低終溫使得傳熱量比例和水儲熱比例增大。當壓比為10時,噴水量由5.73 kg/s提高至8.68 kg/s,傳熱量比例提高了5%;較低壓強(CR<10)不利水儲熱的進行。

(3)對于第一級壓縮,可以將壓比確定為10,此時傳熱量和水儲熱比例都達到良好狀態(tài)。由于水的熱容比空氣大,壓比一定時,增大噴水量降低了壓縮空氣的溫升,可以使終溫達到50 ℃,甚至更低,壓縮過程更接近等溫過程。

(4)每一個終溫、壓比、傳熱效率和轉(zhuǎn)速對應(yīng)一個固定的噴水量,可以為實驗研究提供理論數(shù)據(jù)并對比。壓比、傳熱效率、終溫均對空氣與水質(zhì)量比有影響;其他條件一定時,轉(zhuǎn)速對空氣與水質(zhì)量比沒有影響,當壓比為10,傳熱效率為95%,終溫為50 ℃,轉(zhuǎn)速分別為60、100、150 r/min時,空氣與水質(zhì)量比均為0.86。

本文的相關(guān)計算是基于假設(shè):空氣為理想氣體、壓縮過程均為可逆和壓縮終態(tài)為理想狀態(tài)混合物,后期可以進行實際情況的理論計算并通過實驗進行對比。對于傳熱效率是根據(jù)相關(guān)文獻自擬的數(shù)據(jù),由于不同的噴射方式以及水霧液滴的大小和質(zhì)量等參數(shù)都會影響傳熱效率,后期可以針對傳熱效率建立傳熱模型進行相關(guān)分析。相關(guān)文獻計算了等溫壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率,儲能效率作為該系統(tǒng)重要參數(shù)不可忽視,后期可以計算不同參數(shù)(終溫、壓比、傳熱效率)下整個系統(tǒng)的儲能效率。

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ResearchontheWaterSprayingRateforanEnergyStorageSystemofIsothermalCompressedAir

HE Ziwei1,2, LUO Maji1,2, TU Zhengkai3

(1. Hubei Key Laboratory of Advanced Technology for Automotive Components, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China; 2. Hubei Collaborative Innovation Center for Automotive Components Technology, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China; 3. State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China)

To research the effect of different parameters on the water spraying rate for an energy storage system of isothermal compressed air, a novel method was proposed to study the quasi-isothermal compression using a compression process with the polytropic exponent close to 1, where the water vapor, liquid water and air in the final state were assumed as an ideal mixture. The water spraying rate under different state parameters was researched according to the saturated water vapor pressure formula, the Dalton partial pressure theory and the thermodynamic parameters of the components. The results show that the heat transfer proportion increases with the pressure ratio and the water spraying rate. When the pressure ratio is 10 and the rotation speed is 100 r/min, the water spraying rate increases from 5.73 kg/s to 8.68 kg/s, and the proportion of heat transfer is increased by 5%. The pressure ratio, heat transfer efficiency and final temperature all have effects on the mass ratio of air to water. Moreover, results also show that when other conditions are constant, the rotation speed has almost no effect on the ratio of air to water. When the pressure ratio increases to 10, the heat transfer efficiency is 95% and the final temperature is 50 ℃, the mass ratio of air to water maintains at 0.86 when the rotation speed is 60, 100, 150 r/min, respectively. In all, lower pressure is unfavorable to the thermal storage of water.

energy storage of compressed air; isothermal compression; heat storage; saturated water vapor pressure

2017-06-15。 作者簡介: 何子偉(1993—),男,碩士生;涂正凱(通信作者),男,研究員。 基金項目: 國家自然科學基金資助項目(51476119)。

時間: 2017-10-18

網(wǎng)絡(luò)出版地址: http:∥kns.cnki.net/kcms/detail/61.1069.T.20171018.1632.010.html

10.7652/xjtuxb201801006

TK02

A

0253-987X(2018)01-0033-07

(編輯 荊樹蓉)