脂肪酸相變單元熔化過(guò)程傳熱特性研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、相變儲(chǔ)能技術(shù)作為解決能量供求在時(shí)間和空間上不匹配的有效手段，被廣泛研究和應(yīng)用于電力調(diào)峰、建筑節(jié)能、工業(yè)余廢熱回收及太陽(yáng)能儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域。儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心是儲(chǔ)能單元，因此掌握儲(chǔ)能單元的相變機(jī)理與傳熱特性，是設(shè)計(jì)與優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)相變儲(chǔ)能技術(shù)的廣泛應(yīng)用的重要前提。
　　本文選擇月桂酸作相變材料，首先建立了脂肪酸熔化傳熱過(guò)程的數(shù)值模型與計(jì)算方法，利用FLUENT軟件對(duì)文獻(xiàn)中的矩形單元內(nèi)癸酸熔化傳熱特性進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，并將數(shù)值計(jì)算的結(jié)

2、果與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，證明了所建立的焓-多孔介質(zhì)模型與計(jì)算方法的正確性。
　　在此基礎(chǔ)上，針對(duì)方腔單元，采用正交試驗(yàn)法研究了方腔單元換熱溫差、高寬比、傾角及其交互作用對(duì)相變材料熔化完成時(shí)間的影響敏感性。得到在試驗(yàn)范圍(換熱溫差20～40℃，高寬比1～4，傾角0～60°)內(nèi)設(shè)計(jì)與優(yōu)化方腔相變單元時(shí)，應(yīng)著重考慮換熱溫差與傾角兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)以及高寬比與傾角的交互作用，適當(dāng)考慮高寬比的影響，可以不考慮換熱溫差與高寬比以及換熱溫差與傾

3、角的交互作用。
　　同時(shí)，針對(duì)環(huán)形單元，從固定外加熱面尺寸與內(nèi)加熱面尺寸兩種情況出發(fā)，對(duì)具有不同內(nèi)外徑之比的環(huán)形單元進(jìn)行了熔化傳熱特性分析，從導(dǎo)熱與自然對(duì)流傳熱綜合傳熱機(jī)制分析入手，重點(diǎn)考察了單元平均儲(chǔ)熱速率，并結(jié)合熔化分?jǐn)?shù)、熔化時(shí)間、平均努謝爾特?cái)?shù)分別研究了單元內(nèi)外徑尺寸對(duì)熔化傳熱的影響變化規(guī)律，并擬合得到了兩種單元的熔化分?jǐn)?shù)表達(dá)式及其適用范圍。
　　在保證加熱面尺寸與相變材料質(zhì)量一定的前提下，對(duì)比了外環(huán)加熱與內(nèi)環(huán)加熱兩種

4、環(huán)形單元設(shè)計(jì)方案，發(fā)現(xiàn)外環(huán)加熱單元與內(nèi)環(huán)加熱單元存在熔化分?jǐn)?shù)交點(diǎn)，在交點(diǎn)以下熔化相同質(zhì)量相變材料時(shí)內(nèi)環(huán)加熱單元熔化時(shí)間更短，交點(diǎn)以上則外環(huán)加熱單元熔化時(shí)間更短。邊界溫度越高，外環(huán)加熱單元在相變材料完全熔化時(shí)間上的優(yōu)勢(shì)越明顯。
　　針對(duì)外環(huán)加熱與內(nèi)環(huán)加熱的環(huán)形單元熔化特性，對(duì)兩種單元分別進(jìn)行了基于強(qiáng)化傳熱的偏心優(yōu)化設(shè)置:對(duì)于外環(huán)加熱單元，對(duì)其進(jìn)行上下均10％-40％的偏心設(shè)置;對(duì)于內(nèi)環(huán)加熱單元，只做向下10％-80％偏心設(shè)置。結(jié)果表