圆管外石蜡相变传热过程数值模拟及传热强化

发布时间：2017-11-18 09:27

  本文关键词：圆管外石蜡相变传热过程数值模拟及传热强化

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【摘要】：能源一直以来都是人类赖以生存的重要因素。随着世界各地工业化进程的不断推进,消耗了大量的化石能源,环境问题也日益严重。为实现社会经济的可持续发展,人们把更多的关注放在对现有的化石能源的高效利用以及新型环保能源的开发上。由于部分能源如太阳能、工业废热以及电网的“移峰填谷”等都有间歇性和不稳定性的特点,其供给和需求无法很好的匹配和协调,实际应用中的利用效率低。采用蓄能技术能够很好地解决能源供需不匹配的问题,利用相变材料(Phase Change Materials,PCMs)的相变潜热进行能量的贮存是目前使用最多的蓄能技术。对于相变蓄热设备,必须对相变材料相变过程中进行深入的传热分析,它对相变材料的有效利用和系统的优化设计有着很大的作用。由于相变传热传热问题是强非线性问题,同时考虑了相变过程中自然对流的作用,导致求解变得复杂,一般借用数值模拟的方法进行求解。本文使用Fluent软件中的Solidification/Melting模型对考虑自然对流下水平圆管外石蜡的熔化和凝固过程进行模拟。分析了石蜡的初始温度和壁面温度对相变过程的影响以及自然对流对石蜡熔化和凝固的影响。结果表明:自然对流是石蜡熔化和凝固过程中固-液相界面的形状不规则的主要原因。在熔化过程中圆管上方的石蜡熔化速度大于圆管下方的石蜡的熔化速度而在凝固过程则相反。另外,圆管壁面的温度对石蜡的熔化过程影响很大,提高加热壁面的温度能够提高石蜡的熔化速率而石蜡的初始温度对其熔化过程影响较小。考虑到相变材料的低导热性,阻碍了相变蓄热设备的传热过程。采用翅片管是目前提升相变蓄热器传热速率的主要方法。本文对翅片管外石蜡熔化过程进行数值模拟,得到固-液相界面随时间的变化。通过改变翅片的厚度、翅片间距等参数,分析了不同的翅片参数对熔化时间的影响。结果显示:使用导热性能好的材料作为翅片可以缩短熔化完成的时间,当翅片的导热系数大于200W/(m?K)后,影响不大;翅片间距是影响蓄热时间的关键因素,间距越窄,蓄热时间越短;在一定范围内增加翅片的厚度能够减少传热热阻,强化相变储热过程,之后继续加厚翅片对传热的影响减小。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124

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本文编号：1199331