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。     

格子Boltzmann方法模拟融化相变过程

建立融化和自然对流耦合的格子Boltzmann双分布函数模型,采用焓法迭代求解相变非线性源项,并通过变松弛时间方法处理固液两相变热物性间题.热传导融化过程的计算值与分析解的对比分析说明该模型能够准确地模拟融化过程.自然对流条件下融化过程的模拟结果表明自然对流在一定程度上影响了融化传热及融化速率等,体现出与热传导融化不同...     

低熔点混合硝酸盐相变传热过程研究

为得到混合熔盐在单罐蓄热系统内的相变传热规律,本文针对具有低熔点的四元混合硝酸盐展开研究,采用VOF与焓-多孔介质耦合模型对底部加热条件下蓄热单元内相变材料(PCM)的相变蓄热过程进行模拟,并利用实验进行验证。结果表明:相变过程中罐内出现明显温度分层现象,固液界面出现波动。蓄热单元中所产生的自然对流强弱直接影响热量传递,同时固液相界面的位置决定自然对流的发展。本文研究结果对相变材料的高效利用与单罐蓄热系统的优化提供理论依据。     

基于原油最高温度点变化规律分析停输相变传热

采用分区法数学模型,利用等价比热容法处理析蜡潜热问题,追踪停输相变过程中管道内原油最高温度点位置的变化轨迹,确定管道内原油最终凝固位置,提出管道内原油全凝的判断依据。基于最高温度点位置的变化规律将传热过程分为四个阶段,重点讨论了各阶段中自然对流、潜热释放、传热方式转化对最高温度位置点变化的影响,结合Ra数变化分析了自然对流换热影响从强到弱的变化过程。深入探讨了停输相变过程中管道内固相率的变化及不同位置处原油温降曲线的特点。     

固-液相变糊状区的格子Boltzmann研究

为深入探讨固-液相变材料在相界面内(糊状区)的流动和传热对固-液相变过程的影响,本文基于"焓-多孔介质"模型,提出研究糊状区的"多相流-多孔介质"两区域复合模型,将糊状区的高含液率视为多相流区域,而低含液率区域视为多孔介质,采用格子Boltzmann方法对固-液相变糊状区的流动和传热过程进行研究.重点讨论了相变温度半径,不同高、低含液率区的分界点γ_(tr)对糊状区的发展、迁移以及对相变过程的影响.研究结果表明糊状区厚度随相变半径的增大而增加,进而影响相变过程中流动和换热;对比复合模型的不同高、低含液率分界点γ_(tr)时和单纯多孔介质模型时的糊状区的边界、流动和换热情况,表明将糊状区高液相率区采用多相流模型进行分析,可以正确反映出高含液率区域内固相微粒随液相流动的特性及其对相变过程的影响。     

格子Boltzmann方法模拟自然对流作用下融化传热过程

建立自然对流作用下融化的格子Boltzmann双分布函数模型,根据非线性对流扩散方程的格子Boltzmann模型理论提出一个新的表征融化温度场的分布函数演化方程,并通过变松弛时间方法处理固液两相变热物性传热问题.应用模型对热传导融化及自然对流融化特别固液变热物的融化过程进行模拟.模拟结果与分析解、经典的关联式结果吻合较好,模型的正确性得到了验证.模拟结果表明,自然对流对融化传热过程有着重要的影响,此外固相热传导也对融化传热、融化速率及固液两相温度分布都有一定影响.     

容器形状和冻结行为对储能效率影响研究

本文采用计算流体力学分析方法,分析了冰储能过程中水的固-液相变行为和由此产生的自然对流现象的特征。特别地,本文着重研究了安装在冰储能器中的换热器周围的冻结行为和桥接过程对储能效率的影响。为了研究冻结行为和桥接过程中产生自然对流对储能效率的影响,改变了容器的高宽比,并采用椭圆形换热器以促进对流的形成。采用潜热与比热相结合的单域计算模型,分析了两椭圆形换热器在冻结过程中的水温分布特征、速度分布特征以及冻结率。研究发现容器内对流方向的趋势是由水的初始温度决定的,并且容器宽度越大,高度越高,冻结率效率越高。     

铸件在凝固过程中的传热和自然对流计算

论文中以流函数、涡度和温度为基本变量,建立了铸件凝固时的传热和自然对流的数学模型。控制方程采用半隐式有限差分在固定网格上求解。在模型建立过程中,着重讨论了潜热的处理和固液相区(界面)速度条件。对于潜热处理,采用了基于合金平衡相图的比热焓法;对于固液相区(界面)速度条件,提出了一种新的、基于固相率进行修正的处理方法。另外还探讨了将本文提出的解法应用于复杂几何条件的可能性。最后,通过对一个典型例子进行计算,对自然对流对铸件凝固的影响作了深入的讨论。     

相变储热/辐射器式热沉传热特性数值模拟

本文采用焓法建立了具有传导与对流换热耦合边界相变储热装置的三维数学模型,利用整场求解法对控制方程进行了计算。计算过程中考虑了相交材料液相自然对流和空穴的影响,与实验结果进行了对比,验证了模型和程序的可靠性,并对影响相变储热器性能的因素进行了分析.     

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。