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碩士學位論文學校代碼密級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：學科專業(yè)：研究方向：學院(系、所)：指導教師：陳宇動力工程及工程熱物理熱能工程能源科學與工程學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、也少見于文獻報道。本文對水平圓管的相變傳熱問題建立數(shù)學模型，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)結構參數(shù)以及操作條件對整個相變過程的影響，對結構進行優(yōu)化得到一種改進的管殼式換熱結構，通過提高換熱器傳熱效率以彌補石蠟作為相變材料導熱系數(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)隨時間變化進行對比分析，結果表明：內(nèi)管位置及尺寸的變化導致?lián)Q熱結構的改變，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行優(yōu)化，提出一種改進的管殼換熱結構。通過改變該換熱單元中兩個相關結構參數(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行分析，結果表明：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