中國儲能網訊：中國科學院工程熱物理研究所提出并擁有完全自主知識產權的超臨界壓縮空氣儲能技術，具有效率高、儲能密度大等優(yōu)點，解決了傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)受地理條件限制和需要消耗化石燃料等問題。不同于傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)，超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)關鍵特征之一在于，系統(tǒng)采用高壓蓄冷蓄熱裝置實現(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。
儲能時，超臨界態(tài)空氣吸收蓄冷介質的低溫冷能后轉變?yōu)楦邏阂簯B(tài)空氣，隨后降至常壓進行存儲；釋能時，高壓液態(tài)空氣經過蓄冷介質氣化后轉變?yōu)槌R界態(tài)空氣，驅動膨脹機做功發(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部存在大量超臨界壓力下的流動傳熱以及“擬沸騰”、“擬冷凝”等復雜過程與現(xiàn)象。作為儲熱過程與儲熱性能的關鍵參數(shù)，傳熱流體與儲熱介質之間的相間傳熱系數(shù)無疑成為整個蓄冷蓄熱裝置設計研發(fā)過程的重點。由于空氣在超臨界狀態(tài)下性質較為特殊，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道，需要科研人員進行自主探索。
近日，工程熱物理所儲能研發(fā)中心科研人員依托中關村超臨界空氣儲能基礎試驗平臺對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驗研究，獲得了工作壓力、質量流量和入口距離等因素對相間傳熱系數(shù)的影響規(guī)律，分析了由壓力流速變化引起的孔隙內部流動傳熱機理。研究結果表明，隨著壓力的升高，填充床內部空氣自然對流與換熱顯著增強，使得儲熱過程中填充床內部徑向溫度梯度趨于平緩，并且使傳熱過程的入口效應減弱；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）等人實驗關聯(lián)式較為吻合，對超臨界條件下壓縮空氣儲能系統(tǒng)的研究具有指導意義。
上述工作得到了國家自然科學基金項目、國家高技術研究發(fā)展計劃（“863”計劃）的支持。相關研究成果已在國際期刊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
