相變蓄熱裝置的數(shù)值模擬與優(yōu)化.pdf

1、節(jié)能是當(dāng)今世界共同關(guān)注的主題，也是我國“十二五規(guī)劃”的重點(diǎn)內(nèi)容，節(jié)能技術(shù)已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界較為固定的研究方向。相變蓄熱技術(shù)作為節(jié)能方法之一，不僅能用于回收蒸汽等廢熱，而且能實(shí)現(xiàn)熱能的分時(shí)利用，在工業(yè)余熱回收和太陽能利用等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，能有效提高能源利用效率，產(chǎn)生明顯的節(jié)能效果，因此研究相變蓄熱技術(shù)具有現(xiàn)實(shí)意義。
　　 相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)較小，使得相變蓄熱系統(tǒng)的蓄放熱速度較低，因此找出相變蓄放熱速度的影響因素以及強(qiáng)化相變傳熱的方法顯

2、得尤為重要。相變過程中伴有傳導(dǎo)和對流現(xiàn)象，并且存在移動(dòng)邊界問題，因此對于多維相變，一般借助數(shù)值模擬的方法處理。本文利用Fluent軟件對相變蓄熱過程的影響因素、不同規(guī)格翅片對強(qiáng)化傳熱的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，主要研究內(nèi)容和所得結(jié)論如下：
　　 (1)針對石蠟相變傳熱過程，建立殼管式相交蓄熱單元，設(shè)置尺寸為500×100mm，根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)設(shè)置邊界條件，對比出口平均溫度和監(jiān)測點(diǎn)1的溫度曲線，結(jié)果表明模擬數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合。
　

3、　 (2)從考慮和不考慮自然對流作用的模擬結(jié)果可以看出，石蠟液相區(qū)域出現(xiàn)自然對流現(xiàn)象，并存在速度場。當(dāng)傳熱流體為60℃、0.88m/s的水、石蠟液相分?jǐn)?shù)達(dá)到50％左右時(shí)，自然對流作用開始較快的促進(jìn)石蠟的熔化，并持續(xù)到熔化結(jié)束。提高相變材料的液相率可以增大自然對流作用，縮短熔化時(shí)間。
　　 (3)傳熱流體的溫度是影響相變蓄熱過程的主要因素，當(dāng)溫度從60℃增加到80℃時(shí)，石蠟的熔化完成時(shí)間減少了29.97s，可以看出，增加溫度可以

4、明顯加快石蠟的熔化過程；傳熱流體的速度也是影響相變蓄熱過程的因素，增加速度可以加快石蠟熔化，但增幅不明顯，當(dāng)傳熱流體的流速從0.88m/s增加到1.15m/s時(shí)，時(shí)間縮短了8.45s。
　　 (4)在相變區(qū)域加入一個(gè)鋁制翅片后，在翅片附近出現(xiàn)與之相平行的等溫線，熱量通過翅片在軸向傳遞。通過與光滑管的模擬結(jié)果進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，加入翅片后，相變的傳熱熱阻減小，石蠟的熱導(dǎo)率增加，完全熔化時(shí)間縮短了24.8s。
　　 (5)翅片高度