方腔内相变材料固液相变传热研究

发布时间：2022-01-12 17:15

　　基于相变材料（PCM,phase change material）的相变储能设备具有储能密度高的特点。本文建立了基于相变储能元件伪焓模型的固液相变格子Boltzmann模型,研究了内部管道位置、方腔倾斜角度对PCM融化过程的影响规律。结果表明,在内管道靠近方腔上部时,由于上部界面（固液相变界面或上壁面）对自然对流阻碍作用,使PCM的融化速率减慢。但是,在此时使方腔发生倾斜,会改变管道热流体到上部界面的距离,强化PCM的热质传递过程,使融化加快。 

【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

图１含方形管道储能元件示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｕｎｉｔ?ｗｉｔｈ?ｓｑｕａｒｅ??ｃｈａｎｎｅｌ??

?（ｒｏｎ＋Ａｔ?－?Ｔｎ）?（１７）??根据新时间步的焓值，其对应液相率为：??／ｉ??０??Ｈ－Ｈ，??Ｈ，－Ｈｓ??Ｈ＾ＨＳ??ＨＳ＜Ｈ?＜?Ｈｉ??Ｈ＾ＨＳ??（１８）??根据式（１６）？（１８），可对？？预测”温度进行更新??并获得新时间步的温度值．??为叙述方便，本文定义无量纲参数：??＿?Ｔ－Ｔｍ?＾?ａｔ?＾?ｘ?ｙ??ｔ＝Ｔ＾?Ｘ?＝Ｖ?ｙ＝Ｌ－??Ｓｔｅ＝Ｃ＾ＴｒＴｍ＼?Ｒａ＝９Ｐ｛Ｔ￣Ｔｍ）Ｌ＼?（１９）??ｈｓ＼?＾??结果进行对比，如图３所示。从图３可以看出，??本文与Ｍｅｎｃｉｎｇｅｒ计算结果差别不大，证明本文模型??的正确性。在此基础上，本文分别对４种网格进行了??网格无关性检测，分别为８０ｘ８０、１００ｘ１００、１５０ｘ１５０??和２００ｘ２００，其对应壁面的Ｎｕｓｓｅｌｔ数分别为??３．６０５、３，７５０、３．７７１和３．７７９，因此，本文中选用的??网格为１５０ｘ１５０。??图３伪洽固液相变ＬＢ与Ｍｅｎｃｉｎｇｅｒ结果对比??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｔｈｅ?ＬＢ?ａｎｄ??Ｍｅｎｃｉｎｇｅｒ’ｓ?ｗｏｒｋ??图２焓和温度的关系??Ｆｉｇ．?２?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｅｎｔｈａｌｐｙ?ａｎｄ??ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ??为验证本文所建立数值模型，本文通过对方腔??内融化自然对流进行求解并与Ｍｅｎｃｉｎｇｅｒ?［１１１所得??２结果和讨论??本文中所选取的Ｒａｙｌｅｉｇｈ为５ｘｌ０４，Ｐｒａｎｄｔｌ??数为１，?Ｓｔｅｆａｎ数为０．１。图４为无量纲时间为２??时方腔内ＰＣＭ平均温度和温度标

霍宇涛等：方腔内相变材料固液相变传热研究??６１７??３期??ａ?＝?（ｒｓ?－去）Ａｇ?（１５）??式（２）仅并未包括ＰＣＭ相变潜热的影响，为??获得新时间步的温度，本文基于Ｐｈａｍ的伪焓模??型，ＰＣＭ的固液相变过程划分为“预测”和“消耗“??两步。在预测步，通过式（２）获得新时间步的预测温??度ｒＤ＂＋Ａｉ，如图２所示。在这基础上，处于固液相变??区间内的预测温度和真实温度间满足式（１６）所示的??能量守恒关系：??ＣＰ?（ｒ〇ｎ＋Ａｔ?－?Ｔｎ）?＋?＝?Ｃｐ?｛Ｔｎ?－?Ｔｍ）?＋??Ｃｐ?（Ｔｎ＋Ａｔ?－?Ｔｍ）?＋?／，ｒｉ＋Ａｔ／ｉｓｉ??根据图２的关系，可获得新时间步的焓值为：??Ｈｎ＋Ａｔ?＝?Ｈｎ?＋ＡＨ?＝?Ｈｎ?＋?Ｃｐ?（ｒｏｎ＋Ａｔ?－?Ｔｎ）?（１７）??根据新时间步的焓值，其对应液相率为：??／ｉ??０??Ｈ－Ｈ，??Ｈ，－Ｈｓ??Ｈ＾ＨＳ??ＨＳ＜Ｈ?＜?Ｈｉ??Ｈ＾ＨＳ??（１８）??根据式（１６）？（１８），可对？？预测”温度进行更新??并获得新时间步的温度值．??为叙述方便，本文定义无量纲参数：??＿?Ｔ－Ｔｍ?＾?ａｔ?＾?ｘ?ｙ??ｔ＝Ｔ＾?Ｘ?＝Ｖ?ｙ＝Ｌ－??Ｓｔｅ＝Ｃ＾ＴｒＴｍ＼?Ｒａ＝９Ｐ｛Ｔ￣Ｔｍ）Ｌ＼?（１９）??ｈｓ＼?＾??结果进行对比，如图３所示。从图３可以看出，??本文与Ｍｅｎｃｉｎｇｅｒ计算结果差别不大，证明本文模型??的正确性。在此基础上，本文分别对４种网格进行了??网格无关性检测，分别为８０ｘ８０、１００ｘ１００、１５０ｘ１５０??和２００ｘ２００，其对应壁面的Ｎｕｓｓｅｌｔ数分别为??３．６０５、３，７５０、３．７


本文编号：3585159