方形相變蓄熱單元內(nèi)Al-Cu合金熔化和凝固過程傳熱特性研究.pdf

1、能源短缺是人類面臨的最嚴(yán)峻的社會(huì)問題之一。潛熱蓄熱(LHTES)技術(shù)可以緩解能源在時(shí)間和強(qiáng)度上的不連續(xù)性和不穩(wěn)定性，同時(shí)又具備儲(chǔ)能密度高、過程易于控制、蓄放熱過程近似等溫等優(yōu)點(diǎn)，因而在電力調(diào)峰、太陽能利用、余廢熱回收和航空航天等領(lǐng)域有著極大的利用價(jià)值。相變材料的潛熱蓄熱性能及其在相變過程中的傳熱特性都是潛熱蓄熱技術(shù)研究的重要課題。
　　采用差示掃描量熱法(DSC)和激光脈沖法(LFA)研究了Cu含量在7.4％～51.7％范圍內(nèi)的A

2、l-Cu合金相變材料的相變溫度、相變潛熱、比熱、熱擴(kuò)散系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)及其熱穩(wěn)定性，并結(jié)合其金相組織對(duì)熱力學(xué)性能影響規(guī)律的內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，當(dāng)Cu含量在7.4％～51.7％范圍內(nèi)時(shí)，Al-Cu合金的相變溫度在524.4～645.9℃范圍內(nèi);隨Cu含量的增加，Al-Cu合金的質(zhì)量潛熱呈遞減趨勢(shì)，而體積潛熱卻呈上升趨勢(shì)。當(dāng)Cu含量在7.4％～51.7％范圍內(nèi)時(shí)，Al-Cu合金的比熱隨Cu含量的增加呈遞減趨勢(shì);當(dāng)溫度在25～500℃

3、范圍內(nèi)時(shí)，Al-Cu合金的比熱隨溫度增加呈遞增趨勢(shì)。此外，Al-Cu合金的導(dǎo)熱系數(shù)隨Cu含量的升高而降低，但即使Cu含量達(dá)到51.7％，其常溫下的導(dǎo)熱系數(shù)仍然高達(dá)104 W·m-1·K-1。Al-Cu合金的具備較好的熱穩(wěn)定性，在經(jīng)過300次(歷時(shí)18000min)加速熔化、凝固循環(huán)后，Al-Cu合金的相變溫度和相變潛熱均在較小范圍內(nèi)變化。研究結(jié)果表明，Al-Cu合金作為高溫相變材料具有在太陽能蓄熱領(lǐng)域中應(yīng)用的巨大潛力。
　　對(duì)中心

4、帶有恒溫?fù)Q熱圓管的方形蓄熱單元內(nèi)Al-Cu合金的熔化和凝固過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了相變材料(PCM)的熔化和凝固特性以及蓄熱單元寬高比和中心換熱管位置對(duì)PCM熔化和凝固過程的影響，并探討了蓄熱面積系數(shù)的影響作用。結(jié)果顯示，對(duì)于中心換熱管直徑為20 mm、橫截面積為6400 mm2的方形蓄熱單元，PCM的熔化和凝固時(shí)間均隨著寬高比的增加呈現(xiàn)先縮短后增長(zhǎng)的變化趨勢(shì)，且當(dāng)寬高比約為1.56時(shí)，PCM的熔化時(shí)間最短，定義其為該蓄熱單元的最佳熔

5、化寬高比;當(dāng)寬高比約為1時(shí)，PCM的凝固時(shí)間最短，定義其為該蓄熱單元的最佳凝固寬高比。當(dāng)蓄熱面積系數(shù)增加時(shí)，蓄熱單元的最佳熔化寬高比出現(xiàn)了增大的趨勢(shì)，而最佳凝固寬高比保持不變。此外，PCM的熔化和凝固時(shí)間隨著中心換熱管位置y的減小呈現(xiàn)出先縮短后增長(zhǎng)的變化趨勢(shì)。定義方形蓄熱單元內(nèi)PCM熔化/凝固時(shí)間最短時(shí)對(duì)應(yīng)的中心換熱管位置y為最佳熔化/凝固換熱管位置。那么，上述單元的最佳熔化換熱管位置介于-1/16H和-1/8H之間，最佳凝固換熱管位置