中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所提出并擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，具有效率高、儲(chǔ)能密度大等優(yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)受地理?xiàng)l件限制和需要消耗化石燃料等問題。不同于傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)鍵特征之一在于，系統(tǒng)采用高壓蓄冷蓄熱裝置實(shí)現(xiàn)壓縮熱和低溫冷能的回收與再利用，從而明顯提高了系統(tǒng)效率。
儲(chǔ)能時(shí)，超臨界態(tài)空氣吸收蓄冷介質(zhì)的低溫冷能后轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏阂簯B(tài)空氣，隨后降至常壓進(jìn)行存儲(chǔ)；釋能時(shí)，高壓液態(tài)空氣經(jīng)過蓄冷介質(zhì)氣化后轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界態(tài)空氣，驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)做功發(fā)電。因此，在填充床蓄冷蓄熱裝置中的顆粒堆積狹小孔隙內(nèi)部存在大量超臨界壓力下的流動(dòng)傳熱以及“擬沸騰”、“擬冷凝”等復(fù)雜過程與現(xiàn)象。作為儲(chǔ)熱過程與儲(chǔ)熱性能的關(guān)鍵參數(shù)，傳熱流體與儲(chǔ)熱介質(zhì)之間的相間傳熱系數(shù)無疑成為整個(gè)蓄冷蓄熱裝置設(shè)計(jì)研發(fā)過程的重點(diǎn)。由于空氣在超臨界狀態(tài)下性質(zhì)較為特殊，使得其具有與常壓條件下顯著不同的傳熱規(guī)律。但是，目前尚未見此方面的研究報(bào)道，需要科研人員進(jìn)行自主探索。
近日，工程熱物理所儲(chǔ)能研發(fā)中心科研人員依托中關(guān)村超臨界空氣儲(chǔ)能基礎(chǔ)試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)超臨界壓力下空氣與填充床之間的相間傳熱系數(shù)及影響因素開展了實(shí)驗(yàn)研究，獲得了工作壓力、質(zhì)量流量和入口距離等因素對(duì)相間傳熱系數(shù)的影響規(guī)律，分析了由壓力流速變化引起的孔隙內(nèi)部流動(dòng)傳熱機(jī)理。研究結(jié)果表明，隨著壓力的升高，填充床內(nèi)部空氣自然對(duì)流與換熱顯著增強(qiáng)，使得儲(chǔ)熱過程中填充床內(nèi)部徑向溫度梯度趨于平緩，并且使傳熱過程的入口效應(yīng)減弱；在低Re數(shù)條件下，常壓與超臨界壓力下的平均Nu數(shù)與Chandra and Willits（1981），Yang （2012）等人實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式較為吻合，對(duì)超臨界條件下壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究具有指導(dǎo)意義。
上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（“863”計(jì)劃）的支持。相關(guān)研究成果已在國(guó)際期刊International Journal of Heat and Mass Transfer上發(fā)表（2014,77:883–890）。
圖1 不同壓力下的入口距離對(duì)空氣-填充床相間傳熱系數(shù)的影響
圖2 空氣-填充床平均傳熱Nu隨Re變化
