内插热管式太阳能集热器内相变材料的蓄热/释热特性研究

发布时间：2022-01-23 16:27

　　提出一种蓄能型内插热管式太阳能集热器,在太阳能真空管和振荡热管蒸发段之间充灌相变材料,提高集热器的瞬时集热效率.利用Gambit软件建立内插热管式太阳能集热器的三维模型,基于FLUENT软件的凝固/熔化模型,以癸酸（CA）为相变材料进行模拟研究,采用Boussinesq近似法对比分析了考虑浮升力前后的真空管内温度场分布、液化率、不同测点的温度曲线的变化,探究了浮升力对集热器内蓄热/释热过程换热规律的影响.结果表明,相变材料熔化过程中浮升力起着至关重要的作用,使得真空管内顶部的升温速度快于底部.而凝固过程中浮升力的影响可以忽略不计.蓄热过程中集热器内相变材料在轴向上的传热方式,固态显热和相变蓄热阶段以导热为主,液态显热蓄热时以对流传热为主,而在径向上始终以导热为主. 

【文章来源】：南京师范大学学报(工程技术版). 2020,20(03)

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

结构原理图

物理模型

利用Gambit软件进行网格划分，综合考虑模拟精度和计算速度，经过独立性验证后选择网格尺寸为1 mm，时间步长为1 s，网格模型如图3所示．而如果将网格尺寸和时间步长分别改为0.1 mm和0.1 s，发现计算结果相差均小于0.1%，计算时间却增加了10倍以上．在Fluent软件中进行边界条件、计算方法等相关内容的设置．选择3D分离式、隐式、非稳态求解器，使用凝固/熔化模型模拟癸酸的相变过程．考虑浮升力作用，采用Boussinesq近似法．为了直观分析浮升力作用的方向，设置真空管竖直放置．设置熔化过程的边界条件为恒热流，向阳面和背阴面均为800 W/m2，相变材料初始温度为25℃;凝固过程的边界条件设为恒壁温20℃，初始温度为80℃．采用SIMPLE算法求解压力和速度耦合项，采用PRESTO!算法修正压力，动量、能量方程均采用First Order Upwind算法．在真空管轴向上布置了5个监测点T1～T5，其中每两点之间的间距为266 mm，径向上布置三个监测点，T6、T3和T7，如图4所示．

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3604733