《山东建筑大学》2012年硕士论文

发布时间：2017-02-18 10:37

  本文关键词：相变储热装置传热强化的实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

《山东建筑大学》 2012年

相变蓄热装置的数值模拟与优化

房丛丛  

【摘要】：节能是当今世界共同关注的主题,也是我国“十二五规划”的重点内容,节能技术已经成为学术界较为固定的研究方向。相变蓄热技术作为节能方法之一,不仅能用于回收蒸汽等废热,而且能实现热能的分时利用,在工业余热回收和太阳能利用等领域有广泛应用,能有效提高能源利用效率,产生明显的节能效果,因此研究相变蓄热技术具有现实意义。 相变材料的导热系数较小,使得相变蓄热系统的蓄放热速度较低,因此找出相变蓄放热速度的影响因素以及强化相变传热的方法显得尤为重要。相变过程中伴有传导和对流现象,并且存在移动边界问题,因此对于多维相变,一般借助数值模拟的方法处理。本文利用Fluent软件对相变蓄热过程的影响因素、不同规格翅片对强化传热的影响进行了数值模拟研究,主要研究内容和所得结论如下： (1)针对石蜡相变传热过程,建立壳管式相变蓄热单元,设置尺寸为500×100mm,根据文献数据设置边界条件,对比出口平均温度和监测点1的温度曲线,结果表明模拟数据与实验数据吻合。 (2)从考虑和不考虑自然对流作用的模拟结果可以看出,石蜡液相区域出现自然对流现象,并存在速度场。当传热流体为60℃、0.88m/s的水、石蜡液相分数达到50%左右时,自然对流作用开始较快的促进石蜡的熔化,并持续到熔化结束。提高相变材料的液相率可以增大自然对流作用,缩短熔化时间。 (3)传热流体的温度是影响相变蓄热过程的主要因素,当温度从60℃增加到80℃时,石蜡的熔化完成时间减少了29.97s,可以看出,增加温度可以明显加快石蜡的熔化过程；传热流体的速度也是影响相变蓄热过程的因素,增加速度可以加快石蜡熔化,但增幅不明显,当传热流体的流速从0.88m/s增加到1.15m/s时,时间缩短了8.45s。 (4)在相变区域加入一个铝制翅片后,在翅片附近出现与之相平行的等温线,热量通过翅片在轴向传递。通过与光滑管的模拟结果进行对比发现,加入翅片后,相变的传热热阻减小,石蜡的热导率增加,完全熔化时间缩短了24.8s。 (5)翅片高度分别设置为2mm、3mm、3.5mm和4mm,厚度分别设置为0.4mm、0.6mm、0.8mm和1.Omm,个数分别设置为1、3、5、7个,通过对比模拟结果发现,随着翅片高度、厚度以及个数的增加,石蜡的熔化速度加快,但速度加快的趋势有所减慢。由于翅片高度、厚度和个数的增加会减少相变材料的体积,减少蓄热量,因此综合考虑熔化速度以及蓄热系统的经济性,适用于10×50mm模型的翅片规格为5个0.6mm×3mm的铝制翅片。

【关键词】：
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK124
【目录】：

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