圓管外石蠟相變傳熱過程數(shù)值模擬及傳熱強化.pdf

1、能源一直以來都是人類賴以生存的重要因素。隨著世界各地工業(yè)化進程的不斷推進，消耗了大量的化石能源，環(huán)境問題也日益嚴重。為實現(xiàn)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，人們把更多的關(guān)注放在對現(xiàn)有的化石能源的高效利用以及新型環(huán)保能源的開發(fā)上。由于部分能源如太陽能、工業(yè)廢熱以及電網(wǎng)的“移峰填谷”等都有間歇性和不穩(wěn)定性的特點，其供給和需求無法很好的匹配和協(xié)調(diào)，實際應用中的利用效率低。采用蓄能技術(shù)能夠很好地解決能源供需不匹配的問題，利用相變材料(Phase Chang

2、e Materials，PCMs)的相變潛熱進行能量的貯存是目前使用最多的蓄能技術(shù)。
　　對于相變蓄熱設(shè)備，必須對相變材料相變過程中進行深入的傳熱分析，它對相變材料的有效利用和系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計有著很大的作用。由于相變傳熱傳熱問題是強非線性問題，同時考慮了相變過程中自然對流的作用，導致求解變得復雜，一般借用數(shù)值模擬的方法進行求解。本文使用 Fluent軟件中的Solidification/Melting模型對考慮自然對流下水平圓管外石

3、蠟的熔化和凝固過程進行模擬。分析了石蠟的初始溫度和壁面溫度對相變過程的影響以及自然對流對石蠟熔化和凝固的影響。結(jié)果表明：自然對流是石蠟熔化和凝固過程中固-液相界面的形狀不規(guī)則的主要原因。在熔化過程中圓管上方的石蠟熔化速度大于圓管下方的石蠟的熔化速度而在凝固過程則相反。另外，圓管壁面的溫度對石蠟的熔化過程影響很大，提高加熱壁面的溫度能夠提高石蠟的熔化速率而石蠟的初始溫度對其熔化過程影響較小。
　　考慮到相變材料的低導熱性，阻礙了相變

4、蓄熱設(shè)備的傳熱過程。采用翅片管是目前提升相變蓄熱器傳熱速率的主要方法。本文對翅片管外石蠟熔化過程進行數(shù)值模擬，得到固-液相界面隨時間的變化。通過改變翅片的厚度、翅片間距等參數(shù)，分析了不同的翅片參數(shù)對熔化時間的影響。結(jié)果顯示：使用導熱性能好的材料作為翅片可以縮短熔化完成的時間，當翅片的導熱系數(shù)大于200W/(m?K)后，影響不大；翅片間距是影響蓄熱時間的關(guān)鍵因素，間距越窄，蓄熱時間越短；在一定范圍內(nèi)增加翅片的厚度能夠減少傳熱熱阻，強化相變