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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

多孔介质融化相变自然对流数值模拟

根据体积平均理论,建立多孔介质中融化相变过程自然对流模型。数值模拟了以石英砂颗粒为骨架、冰为填充相的二维融化过程。数值结果表明,在融化区上部发生较强烈的自然对流,融化界面与水平线倾角随融化时间越来越大。     

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...     

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。     

有分散热源时矩形区域内熔化问题的数值解

为了探索在电子设备冷却中应用固液相变冷却的可能性，本文用数值方法求解了一侧垂直壁上有三个分散热源、其余三个面均绝热时矩形区域内的二维熔化传热问题，对固液界面形状以及加热壁面温度沿高度方向的变化规律进行了讨论。     

使用界面追踪对膜态沸腾的数值研究

提出一种计算带相变的自由界面的数值算法.基于分段线性界面重构(PLIC)的VOF(volume-of-fluid)方法用于追踪自由界面,并对汽液交界面上的相变导致的不连续速度场给出处理方法.此方法容易实施且被证明是有效的.流场的求解使用SIMPLE方法,表面张力使用连续表面力模型(CSF)进行计算.在三维直角坐标系下,模拟了水平壁面上的膜态沸腾,在二维适体坐标系下,模拟了竖直圆头柱体表面的自然对流膜态沸腾.计算结果与理论关系式符合较好.     

沉降分布孔隙率多孔介质模型及数值研究

研究沉降分布孔隙率多孔介质流动和传热,根据"O"形圈理论和现场测定确定孔隙率系数,建立坐标方向孔隙率分布函数;考虑流体密度变化,并引入Brinkman-Forchheimer的扩展Darcy模型,能量方程采用界面连续条件,建立沉降分布孔隙率多孔介质流动和传热求解模型.采用差分法对模型进行离散化,应用高斯-赛德尔方法迭代求解.数值分析表明:沉降分布孔隙率条件下多孔介质内流体流动速度在壁面附近较大,中心部位较小,壁面附近孔隙率的增大使得低流速区域减小,较高流速区域增大;当孔隙率小值时,温度按线性减小;当孔隙率大值时,温度在高低温壁面附近迅速减小,在中部减小较缓,热量按导热和对流共同传递;孔隙率增大能使平均怒谢尔数增大,对流换热作用增强.     

水升华器工作过程的数值模拟与分析

为进一步了解水升华器的工作过程,本文以多孔板为研究对象,建立了微孔内介质工作过程的物理数学模型。采用变时间步长的焓方法对冰的融化和水的凝固过程进行了数值求解;给出了冰层击穿的力学判据;提出了用于求解液-固-汽界面移动问题的两步法。得到了标准工况下工作过程中微孔内介质温度和流量、界面位置和散热热流密度等参数随时间变化的模拟结果.结果表明,在多孔板内存在稳定的周期工作模式。     

考虑非傅立叶效应的固液相变分子动力学模拟

采用耦合双温度模型的分子动力学方法对飞秒激光照射金箔的固液相变过程进行了模拟研究,利用序参数法对固液原子进行判定从而确定了金箔发生相变时的固液界面位置和温度,对基于傅立叶定律的抛物线模型和考虑非傅立叶效应的双曲线模型模拟得到的结果进行对比分析,在此基础上采用耦合双曲线模型的分子动力学方法研究了激光能量密度和脉冲宽度对金箔相变过程的影响.结果表明,当激光作用于金箔时,金箔上表面首先熔化,固液界面随时间不断向金箔底部移动,并且在相同条件下,双曲线模型下的金箔熔化深度和固液界面温度均大于抛物线模型的结果.当考虑非傅里叶效应时,激光能量密度越大,固液界面温度越高,金箔熔化时间越短;激光脉冲宽度越小,固液界面温度越大,金箔熔化速度越快.     

半透明介质相变中的辐射变物性问题

半透明介质相变传热在许多工程领域引起关注,其实质是变物性条件下伴随相变的辐射-导热瞬态耦合传热问题,其难点在于相变过程中的辐射变物性问题,尤其是折射率的时空演变问题.本文首次研究相变过程中的变折射率问题.假设相变介质存在固相-糊状-液相区,固/糊界面、液/糊界面假定为半透明漫反射.采用多层辐射传递模型模拟相变介质内的辐...     

微胶囊化相变悬浮液层流传热强化的参数分析

通过对微胶囊相变悬浮液管内层流恒热流对流换热的数学建模和模拟计算,获得在恒热流加热边界条件下,不同参数匹配时相变糊状区的确切范围以及固液相变两条相界面的数值结果。利用该模型对影响悬浮型固液两相流传热特性的诸多参数进行了比较细致的定量分析,这些参数包括固相体积浓度、斯蒂芬(Ste)数、粒径比、无量纲相变温度区间宽度以及无量纲过冷度等。分析和模拟计算的结果显示微胶囊浓度和斯蒂芬数对管内层流传热具有最重要的影响。     

用奇异摄动法解圆柱体的凝固问题

在求解伴随凝固和熔融的热传导问题时,本文试用一种奇异摄动方法,选择显热与潜热之比—Ste数为摄动参数,将温度、移动的固液界面位置以及时间按摄动参数的幂级数展开,求得了初态在熔点,表面因对流冷却而凝固的热传导问题的一阶近似解;给出了凝固总时间与Ste数以及Bi数之间的良好近似公式.所得结果与基用于焓模型求得的数值解和实验结果相符得很好.     

柱体空腔中温饱和多孔介质冻结时的自然对流及分岔现象

对第三类边界条件下柱体空腔内温饱和多孔介质冻结过程的数值模拟的结果表明：液相区自然对流的存在将使冻结深度减薄，在相同的形状比ξ和斯蒂芬数（Ｓｔｅ）下；修正瑞利数Ｒａ＊越大，减薄程度越明显，且固液界面的形状呈现为波动锥面；液相区的对流胞可能表现为一对或多对涡胞，存在着分岔现象。     

多元醇固—固相变机理的研究

多元醇在一定温度下发生固—固相变,大量文献都报道了它们的固—固相变焓、相变温度以及相图,并认为相变焓与氢键有关.本文以IR 光谱测试结果以及量热实验结果为基础,定量探讨了NPG(neopentylglycol),PG(pentaglycerino),PE(pentaerythritol)的固—固相变焓与氢键的关系,进一步解释了相变的机理:NPG,PG,PE分子在发生固—固相变前,—OH形成分子间氢键,分子具有层状结构.相变后,NPG,PG,PE分子沿着层面移动,移动过程中部分氢键断裂,分子发生相变时所吸收 关键词： 固—固相变 相变焓 氢键 红外光谱