填充泡沫金属的熔盐相变蓄热过程模拟

本文以管肋式熔盐相变蓄热结构为对象,将相变材料填充入高孔隙率泡沫金属中以弥补熔盐导热系数低的缺陷。考虑周期性边界和重力方向相邻结构的影响,以三层管肋式结构代替整个系统建立多孔介质固-液相变输运三维物理数学模型。利用数值模拟方法,探讨在重力环境中,管式加热条件下相变材料蓄热过程的传热性能。揭示出相变界面随时间的演化,以及自然对流对蓄热过程的作用机制;讨论了泡沫金属、肋片参数及加热温度对蓄热能力的影响。     

基于伪焓法的多孔介质固液相变格子Boltzmann方法

格子Boltzmann方法是求解相变材料(PCM,phase change material)固液相变界面上复杂质量、能量和动量传递的有效方法。本文将伪焓LB模型推广至多孔介质固液相变中,构建相应的LB模型,并通过焓和温度的关系,获得下一时间步的焓、温度和对应液相率。为验证多孔介质固液相变LB模型的正确性,本文分别对一维Stefan问题和二维方腔多孔介质内固液相变问题进行求解。结果表明,在无自然对流作用下(一维Stefan问题),本文所构建模型能精确还原温度分布,与解析解相对误差控制在2%以内。除此之外,本文模型能反映自然对流对固液相变过程的影响,与已有工作差别较小,能准确追踪固液相变界面位置。     

水平圆柱相变单元蓄放热动态特性研究

通过实验和数值方法研究了水平圆柱蓄热单元蓄、放热过程中换热特性的共性和差异,分析了壁面温度在高于/低于相变温度10 K的间隙性周期热边界条件下,蓄放热单元的热动态特性。结果表明,在相变起始阶段,蓄、放热过程主要以导热换热方式为主;随着蓄放热过程的进行,蓄热过程的换热方式转变为以自然对流主导,放热过程则仍以导热主导。在本文所研究的等温差等时长的间歇交替蓄-放热循环中,由于蓄热融化速率大于放热凝固速率,会出现由不稳定状态发展到周期稳定状态的演变过程;在周期稳定工况下,蓄放热单元会在完全液相到液固两相共存间交替变化。     

相变材料微胶囊流体相变过程对储热蓄热影响

用石蜡混合物(以C_(19)H_(40)为主体,相变温度:25~38℃,比热容极大值出现在31.5℃左右)作芯材,树脂材料作囊壁,与水混合制备成微纳米胶囊流体,将其填充在矩形密闭容器内,在下表面加热,其余各表面绝热条件下,对相变材料相变化过程的储热蓄热特性进行分析。结果表明,相变材料相变化过程提前了自然对流的启动时间,加强了换热强度;在蓄热温度超过35℃之前,相变化的促进作用随温度增加而逐渐增强,超过35℃以后,相变化的促进作用开始减弱.     

低熔点合金相变热控数值模拟与实验研究

本文主要对47合金与58合金两种低熔点合金相变材料的相变热控性能与相变过程传热现象进行研究。首先通过将相变热控实验与数值模拟相结合的方法验证了焓–多孔介质模型与Boussinesq假设的可靠性。之后通过数值模拟的方法对比分析了两种低熔点合金相变材料与熔点相近似的传统有机类相变材料热控性能。结果表明,47和58合金低熔点合金相变材料的控温时间明显更长,较传统有机相变材料热控性能更好。另外,自然对流对低熔点合金相变热控装置的温度分布及固液相界面几乎无影响,低熔点合金熔化过程中自然对流效应可忽略。     

高温填充床蓄热过程中流固传热温差分析

单罐填充床蓄热是一种重要的高温蓄热方式,填充材料的物性和边界条件对传热性能具有重要的影响。本文利用局部非热平衡能量控制方程对单罐斜温层蓄热系统进行了数值计算分析,对换热过程中熔盐和蓄热材料之间的传热温差进行了重点研究,得到了蓄热过程中传热温差随蓄热时间、蓄热材料的密度、导热系数和熔盐的速度等参数的变化规律,为进一步分析传热性能随时间和空间的变化规律提供依据。     

圆管外石蜡相变蓄热与释热实验研究

建立一小型圆管外石蜡相变蓄热实验系统,对石蜡的蓄热熔化和释热凝固规律进行实验研究.研究石蜡在圆管外不同位置的蓄热熔化规律,自然对流对石蜡蓄热熔化的影响,得出蓄热熔化时间和熔化厚度的优化值.研究石蜡在圆管外不同位置的释热凝固规律,自然对流对石蜡释热过程的影响.     

相变微胶囊复合板相变传热数值研究

本文以相变微胶囊复合板隔热组件为研究对象,基于焓法方程建立了蓄热/隔热型耦合相变传热数值模型,预测了板内的温度分布、相界面移动等响应特征,系统地分析了Stefan数及相变温度区间对传热的影响。结果表明:相变微胶囊板内固相界面的移动速度大于液相界面,固相界面消失后,液相界面移动明显加速;固、液相界面移动速度随Stefan数的增大而增快,同时板内整体温度水平升高;固相界面移动速度随着相变温度区间的增大而增快,但相变温度区间对相变材料完全熔化所需时间影响不大。     

基于焓法的固-液相变格子Boltzmann模型

潜热储能系统中的相变材料固液相变问题是一个重要的多相流动问题.本文研究了在具有不同类型源项下的焓法格子Boltzmann相变模型在还原温度场分布上的特性.为了消除外力项对温度场的额外影响,本文对源项进行了修正,并通过求解单区域相变问题和自然对流相变问题,验证了由Chapman-Enskog展开得到的焓守恒方程中源项的影响.结果 表明,在单区域相变问题中,改进模型的温度分布更加准确.另外,在有相变的自然对流问题中,没有潜热附加项的改进模型的熔化过程比其他模型略慢,同一时刻的最大液相率与最小液相率之差小于0.01.     

方腔内相变材料固液相变传热研究

基于相变材料(PCM,phase change material)的相变储能设备具有储能密度高的特点。本文建立了基于相变储能元件伪焓模型的固液相变格子Boltzmann模型,研究了内部管道位置、方腔倾斜角度对PCM融化过程的影响规律。结果表明,在内管道靠近方腔上部时,由于上部界面(固液相变界面或上壁面)对自然对流阻碍作用,使PCM的融化速率减慢。但是,在此时使方腔发生倾斜,会改变管道热流体到上部界面的距离,强化PCM的热质传递过程,使融化加快。     

相变蓄热材料融化速率影响因素的研究

该文提出了一种新的相变蓄热板模型,并对其相变材料融化过程进行了数值模拟研究。同时分析了不同的参数变化对蓄热过程的影响程度,并且获得了融化速率曲线图、融化时间与相变界面移动规律图像。模拟结果得出导热系数才是影响蓄热材料融化速率、融化界面移动距离的关键参数。实验研究表明在各物性参数一定时,多管排列与单管排列相比较,融化效果更好、更均匀;而单管时融化距离最远可达到7 cm处,因此蓄热板内多管排列时管间距可设计在12~16 cm的范围内。     

金属泡沫中填充石蜡的相变换热特性实验研究

本文对金属铜泡沫填充石蜡的相变换热特征进行了实验研究,通过测试试件加热面及内部的温度响应曲线,分析了金属泡沫填充及自然对流对石蜡非稳态相变换热过程的影响。研究结果表明,采用顶部加热方式时,石蜡内部的换热以纯导热为主,而采用底部加热时,液态石蜡内的自然对流作用使相界面移动速度更快,试件内部温度一致性更好,同时在相变对流区可实现对加热面的温度控制。金属泡沫的填充可强化石蜡内的导热但抑制液态石蜡的自然对流,前者使得试件加热面温升减缓,相界面移动加快,后者则导致底部加热时石蜡的相变区分为相变导热区和相变对流区。金属泡沫的导热强化能力在试件换热中占据主导作用。     

高温填充床蓄热过程传热特性的实验研究

高温蓄热是太阳能热发电、高温热利用等的重要组成部分.本文建立了高温填充床蓄热系统实验装置,采用高温三元熔盐作为传热流体介质,分别采用陶瓷球颗粒和相变球颗粒作为填充材料对蓄热系统进行了实验研究,对蓄热系统进行了整体性能测试.分别得到了显热蓄热和相变蓄热过程中不同时刻、不同测点的温度变化和蓄热量的变化规律,可为蓄热系统的设计提供实验参考.     

金属泡沫内固-液相变数值模拟研究

本文利用多孔介质的体积平均模型,建立了金属泡沫内固-液相变的两方程数学物理模型,该模型考虑了熔化液态石蜡自然对流的影响、石蜡与泡沫局部非热平衡效应。模拟研究了熔化过程中不同泡沫孔隙率下液态石蜡内部的速度场、相界面位置随时间的变化规律,通过研究石蜡温度场和泡沫温度场的差异,证实了采用两方程模型的必要性。     

带环状翅片管式相变储热器的数值模拟

相变材料的低导热性是相变储热器传热过程的主要障碍。在相变材料侧进行强化,是目前提升相变储热器蓄热速率的主要方法。本文采用有限容积法对带有环状翅片的管式相变储热器的蓄热过程进行了数值模拟,得到了温度场、相界面随时间的变化。在此基础上,本文对翅片导热系数、翅片厚度和翅片间距等影响储热速率的因素进行了计算和分析。为相变储热器的优化设计提供了一定的参考。     

非稳态人口温度下相变材料蓄热性能研究

太阳能辐射强度随时间发生变化,造成蓄热单元入口处传热流体温度呈现非稳态变化。为了分析非稳态的入口温度对相变材料蓄热特性的影响,假设传热流体入口温度1 h内随时间呈线性变化,并且1 h内的平均温度恒定在60℃。讨论了入口温度随时间线性增加及线性降低两种变化形式,对相变材料的熔化速率、熔化分数、蓄热量、固液界面位置等参数的影响。结果表明,当1 h内平均入口温度不变,而初始入口温度在30～90℃的范围内变化时,随初始入口温度增加,尽管熔化速率增加,熔化时间从42.75 min减小到20.58 min;但1 h内的总蓄热量却从72.6 kW减小到45.3 kW。     

太阳能热发电系统蓄热过程熵产分析

蓄热技术是平衡热量供应和需求的有效手段,可以提高系统的热稳定性和延长工作时间。应用于太阳能高温热发电中的单罐斜温层蓄热系统越来越受到重视。本文从热力学第二定律出发对蓄热系统的不可逆损失进行了研究,分析了蓄热过程中蓄热材料的密度、导热系数、颗粒直径和熔盐的流速等参数对蓄热系统熵产的影响。结果表明当蓄热材料密度较小,导热系数较小、蓄热球颗粒直径较小时,系统的熵产值较小;当熔盐流速较低时,系统的熵产值也较小。     

蓄热单元尺寸对融化传热增强作用的数值研究

为提高板式相变蓄热单元融化过程的传热速率,本文在传统矩形单元的基础上改变装置尺寸得到楔形截面蓄热装置。利用焓法模型分析了单元结构尺寸(包括高宽比,上下边长比)对蓄热过程材料融化及传热特性的影响。结果显示,蓄热单元高度(热源面积)一定时,装置上下边长比、高宽比均对其热性能有显著影响。具体表现为:减小矩形单元的高宽比有利于强化传热;采用上下边长比大于1的楔形单元可在一定程度上消除蓄热过程的融化死角,蓄热时间最大缩短32.8%;蓄热单元的最优上下边长比与高宽比存在对应关系。     

固体熔化过程中不同流动与传热机理分析

1引言随着激光加工技术的发展以及太空高新性能材料探索，具有自由表面的固液相变问题倍受关注[1]。由于从上方加热熔化问题，熔池内不易产生自然对流，因此常忽略了对流，传导作为唯一传热机理。但自由表面由于有温度梯度，势必存在Marangoni流的作用[2]，其结果可能将与传导模型有很大差别。本文将针对这类过程，考察浮升力、表面张力对固液界面的形状、位置及熔池流场的影响。计算中将固相、液相分开，分别采用相应的数学物理方程解决，边界通过移动边界能量守衡方程进行处理，揭示表面张力在熔化过程中的作用及影响。2数学描述与计算方…     

新型平板热管相变换热器储放能过程的研究

将新型平板热管作为换热元件引入相变蓄热系统,研制了一套新型的平板热管式相变蓄热换热器。蓄热换热器采用石蜡作为蓄热材料,对其蓄、放热过程进行了实验研究,得到了不同时刻换热器内石蜡温度分布。改变供、取热流体温度,分析了流体入口温度对换热器蓄放热过程的影响,分析了新型平板热管在蓄放热过程的均温性能以及换热器的蓄放热效率。结果表明,新型平板热管相变换热器蓄、放热效果良好。