高溫固液相變蓄熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和數(shù)值模擬.pdf

1、本文首先根據(jù)要達(dá)到的指標(biāo)要求對高溫固液相變蓄熱器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計,選擇了氟化鋰相變材料.然后基于焓方法,建立了高溫固液相變蓄熱器的共軛傳熱數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行數(shù)值計算,通過熱分析得到了蓄熱器內(nèi)部詳細(xì)溫度分布、熱流密度分布、相變界面移動規(guī)律、PCM容器的最高溫度和最大溫差、熔-固時間周期、PCM熔化份額在一個周期內(nèi)的變化,了解了儲熱介質(zhì)的物理性質(zhì)與外界邊界條件對儲釋熱過程的影響,掌握了固液界面運(yùn)動變化規(guī)律,藉以確定儲能介質(zhì)的數(shù)量和相變過程所需要的

2、總時間等設(shè)計參數(shù);同時對三種不同加熱方式進(jìn)行性能比較和分析得出了比較符合實際應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)可行的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案和最佳運(yùn)行工況.在熱分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了熱應(yīng)力分析,強(qiáng)度校核證明了高溫固液相變蓄熱器(主要是PCM容器壁和外殼)設(shè)計是合理安全的、有足夠穩(wěn)定性.同時通過計算分析的結(jié)果找出了可能出現(xiàn)裂紋的原因、部位,提出改進(jìn)意見,從而為產(chǎn)品的設(shè)計改進(jìn)提供了可靠的依據(jù),在工程運(yùn)用中具有重大參考價值.最后為了考察自然對流對固-液相變換熱過程的影響,通過兩種處

3、理方法:(1)等效熱容法處理相變潛熱.(2)變粘性系數(shù)處理固液粘性,建立了基于修正等效熱容法考慮自然對流的高溫固液相變蓄熱器共軛求解數(shù)學(xué)模型,從而可以對固-液相PCM及肋壁、加熱器、絕緣材料、外殼進(jìn)行整體統(tǒng)一求解.為了解決流場計算不合理的壓力場的問題,采用了交錯網(wǎng)格方法,用冪函格式對通用方程進(jìn)行離散,并用ADI和TDMA相結(jié)合的方法對代數(shù)方程求解;最后采用了收斂特性較優(yōu)的SIMPLER算法求解了不可壓縮流體的流場問題,這套算法較大地提高