傾斜矩形腔體內(nèi)相變材料接觸熔化研究.pdf

1、相變材料尤其是有機(jī)相變材料在作為蓄能材料時(shí)由于其導(dǎo)熱系數(shù)小，往往需要通過增加翅片、金屬粒子或是增加金屬網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱。而在相變?nèi)刍^程一般以接觸熔化方式為主，裝有相變材料的封閉容器中受重力的作用使得加熱面和相變材料的固態(tài)部分緊密接觸，熔化的液體受到排擠沿著加熱面被排出從而形成了一層薄的液膜從而獲得較高的加熱率。從而在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了在矩形腔體內(nèi)通過傾斜可以獲得比原來非傾斜狀態(tài)更高的傳熱量，從而更快的熔化速率。
　　實(shí)驗(yàn)采用

2、有機(jī)玻璃腔體作為容器來構(gòu)建可視化的環(huán)境將相變?nèi)刍^程通過相機(jī)記錄下來并后期用圖像處理可以得到液相份數(shù)以及固液界面線。通過可視化實(shí)驗(yàn)并通過圖像數(shù)字化軟件處理的方法可以確定傾斜角與完全熔化時(shí)間的關(guān)系，找到“轉(zhuǎn)換角”，最終確定使得蓄能元件熔化效率最高的最佳傾斜角。
　　由于相變?nèi)刍^程導(dǎo)致數(shù)學(xué)模型的非線性使得少數(shù)理想情況才存在分析解，大部分有限容積問題通過近似求解和數(shù)值模擬的方法獲得。通過對(duì)非傾斜狀態(tài)下的矩形腔體近似分析解模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3、對(duì)比結(jié)果吻合程度良好，證明了圖像處理的可行性。并在非傾斜的狀態(tài)下提出了傾斜狀態(tài)下的矩形腔體內(nèi)接觸熔化模型并得到了對(duì)應(yīng)的近似分析解與傾斜情況實(shí)驗(yàn)對(duì)比，吻合良好，證明了在傾斜矩形腔體內(nèi)接觸熔化為其主要傳熱方式。
　　采用數(shù)值模擬構(gòu)建熔化模型并發(fā)現(xiàn)相變?nèi)刍^程存在5個(gè)階段，第一階段發(fā)生在熔化的開始階段，固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變的階段；第二階段底部固態(tài)相變材料和加熱面的液膜穩(wěn)定形成的階段；第三階段隨著液態(tài)相變材料的增多，使得右接觸面和固態(tài)相變材料之