管殼內(nèi)石蠟相變傳熱過程的數(shù)值模擬與優(yōu)化.pdf

1、中圖分類號UDCTK02500碩士學(xué)位論文學(xué)校代碼密級10533管殼內(nèi)石蠟相變傳熱過程的數(shù)值模擬與優(yōu)化Numericalsimulationandoptimizationofthephasechangeheattransferofparamninsidembe—andshellstmctllres作者姓名：學(xué)科專業(yè)：研究方向：學(xué)院(系、所)：指導(dǎo)教師：陳宇動力工程及工程熱物理熱能工程能源科學(xué)與工程學(xué)院孫志強教授論文答辯日期迦!生：叁：!

2、畢答辯委員會主席中南大學(xué)二。一四年五月管殼內(nèi)石蠟相變傳熱過程的數(shù)值模擬與優(yōu)化摘要：對于面向中低溫太陽能的蓄熱利用，石蠟用作相變材料，具有相變潛熱高、幾乎無過冷和相分離現(xiàn)象、價廉易獲取等優(yōu)點，低熱導(dǎo)率卻在一定程度上影響了系統(tǒng)傳熱速率，所以提高系統(tǒng)換熱性能變得十分重要。而管殼式相變蓄熱器是目前工業(yè)生產(chǎn)中使用最為廣泛的換熱設(shè)備。但近年來，對石蠟熔化傳熱問題的數(shù)值模擬一般忽略其相變過程中密度改變引起的體積膨脹，考慮對流的管殼內(nèi)相變傳熱問題的研究

3、也少見于文獻(xiàn)報道。本文對水平圓管的相變傳熱問題建立數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)值模擬的方法，分析石蠟作為相變材料的熔化特性；并進(jìn)一步引入基本環(huán)形管殼換熱器，對管殼內(nèi)石蠟的熔化以及凝固過程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析管殼單元的蓄放熱特性，并探討系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)以及操作條件對整個相變過程的影響，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化得到一種改進(jìn)的管殼式換熱結(jié)構(gòu)，通過提高換熱器傳熱效率以彌補石蠟作為相變材料導(dǎo)熱系數(shù)小的不足。因此，本文完成的主要研究工作以及取得成果如下：(1)選取常見的圓形管

4、道蓄熱單元為研究對象，對石蠟作為相變材料的熔化傳熱過程進(jìn)行了數(shù)值研究，并考慮熔化過程中石蠟體積變化以及液相區(qū)域的自然對流。通過數(shù)值模擬結(jié)果對熔化過程液相比、系統(tǒng)炯效率以及壁面?zhèn)魅肽芰康淖兓厔葸M(jìn)行分析，確定了相變過程性能表征參數(shù)：液相比以及炯效率。(2)為了考慮石蠟的蓄熱利用，對以I盯27作相變材料、水作載熱流體的管殼式相變蓄熱單元進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析石蠟的熔化及凝固過程傳熱特性。通過改變圓管壁溫、過冷度、內(nèi)管位置及內(nèi)管直徑等參數(shù)，對換

5、熱單元的熱性參數(shù)隨時間變化進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明：內(nèi)管位置及尺寸的變化導(dǎo)致?lián)Q熱結(jié)構(gòu)的改變，影響了管內(nèi)的溫度分布并改變自然對流區(qū)域，最終導(dǎo)致石蠟的熔化速率的不同。(3)對基本環(huán)形管殼式換熱單元進(jìn)行優(yōu)化，提出一種改進(jìn)的管殼換熱結(jié)構(gòu)。通過改變該換熱單元中兩個相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)(外層換熱單元個數(shù)以和直徑比r)，對石蠟相變過程溫度分布及熔化時間進(jìn)行分析，結(jié)果表明：不同內(nèi)管位置和直徑改變了管內(nèi)溫度分布，影響了自然對流產(chǎn)生的強度和位置，從而決定了實時熔化速