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

1、相變儲能技術(shù)作為解決能量供求在時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)余廢熱回收及太陽能儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域。儲能系統(tǒng)的核心是儲能單元，因此掌握儲能單元的相變機理與傳熱特性，是設(shè)計與優(yōu)化儲能系統(tǒng)、實現(xiàn)相變儲能技術(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程的數(shù)值模型與計算方法，利用FLUENT軟件對文獻中的矩形單元內(nèi)癸酸熔化傳熱特性進行了數(shù)值模擬分析，并將數(shù)值計算的結(jié)

2、果與文獻中的實驗數(shù)據(jù)進行對比，證明了所建立的焓-多孔介質(zhì)模型與計算方法的正確性。
　　在此基礎(chǔ)上，針對方腔單元，采用正交試驗法研究了方腔單元換熱溫差、高寬比、傾角及其交互作用對相變材料熔化完成時間的影響敏感性。得到在試驗范圍(換熱溫差20～40℃，高寬比1～4，傾角0～60°)內(nèi)設(shè)計與優(yōu)化方腔相變單元時，應(yīng)著重考慮換熱溫差與傾角兩個關(guān)鍵參數(shù)以及高寬比與傾角的交互作用，適當考慮高寬比的影響，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，針對環(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)，對具有不同內(nèi)外徑之比的環(huán)形單元進行了熔化傳熱特性分析，從導(dǎo)熱與自然對流傳熱綜合傳熱機制分析入手，重點考察了單元平均儲熱速率，并結(jié)合熔化分數(shù)、熔化時間、平均努謝爾特數(shù)分別研究了單元內(nèi)外徑尺寸對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數(shù)表達式及其適用范圍。
　　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數(shù)交點，在交點以下熔化相同質(zhì)量相變材料時內(nèi)環(huán)加熱單元熔化時間更短，交點以上則外環(huán)加熱單元熔化時間更短。邊界溫度越高，外環(huán)加熱單元在相變材料完全熔化時間上的優(yōu)勢越明顯。
　　針對外環(huán)加熱與內(nèi)環(huán)加熱的環(huán)形單元熔化特性，對兩種單元分別進行了基于強化傳熱的偏心優(yōu)化設(shè)置:對于外環(huán)加熱單元，對其進行上下均10％-40％的偏心設(shè)置;對于內(nèi)環(huán)加熱單元，只做向下10％-80％偏心設(shè)置。結(jié)果表