相变材料微胶囊蓄热单元蓄热释热特性研究
发布时间：2021-01-06 00:50
我国是世界上清洁能源利用增长速度最快的国家,但在开发利用过程中,存在比如风能、太阳能的间歇性与时效性,以及用电昼夜的不平衡性,电网调峰矛盾日益加剧,国内已全面实行峰谷电价政策。储能已是可再生能源利用、电网电力需求侧“移峰填谷”的主要技术手段,也是有关专业人士研究的热点。作为一种热能储存技术,相变储能具有储热性能好的优点。本文自行设计了一种相变材料微胶囊蓄热单元,利用数值模拟的方法研究了其蓄释热特性。论文建立了相变微胶囊等距布置的板囊结合的蓄热单元物理模型。应用Fluent计算软件模拟研究了相变材料种类,微胶囊壁材,单个微胶囊内相变材料质量含量,相变微胶囊板间距对微胶囊内相变材料蓄热和释热过程的影响,分析了微胶囊内相变材料液相体积分数,平均温度等参数随时间的变化规律。研究结果表明:（1）当微胶囊内相变材料初始温度为324.15K时,换热流体入口温度为343K时,通过石蜡、硬脂酸、软脂酸相变过程液相体积分数的比较及相变蓄热量的计算,得出当相变材料为硬脂酸时,相变材料相变蓄热量最大,纯石蜡、软脂酸相变蓄热速度快,但相变蓄热量较小;当微胶囊内相变材料初始温度为330.15K时,换热流体入口温度...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
相变微胶囊板蓄热物理模型
西安科技大学硕士学位论文15图3.2相变微胶囊相变前简图3.1.2数学模型由于涉及微胶囊内相变材料的传热，相变材料在传热过程中发生了相变，本文研究的相变问题为固液相变问题，故选用Fluent软件中的solidification/melting模型。通过引入液相率β来反映微胶囊内相变材料相变蓄热过程中液相体积分数的变化。当β=0时，相变蓄热过程尚未开始；当β=1时，相变蓄热过程结束；当相变材料固液两相同时存在时，0<β<1，相变蓄热过程正在进行。在相变材料由固相逐渐转变成液相的过程中，存在相变潜热的传递。相变材料传热的控制方程为非线性方程。本文利用控制容积法对所要求解的相变材料传热问题进行求解，需要用到的控制方程有连续性方程，能量守恒方程。控制方程如下：（1）连续性方程0)()()(zwyvxu(3.1)式（3.1）中，ρ是密度，u，v，w是x，y，z三个方向的分速度。（2）能量守恒方程vSTkHH)()()((3.2)式（3.2）中，H是总焓，v是流体速度，k是导热系数，S是源项。根据文献64，总焓H可以表示成显焓和潜焓之和，即H=h+ΔH。其中ΔH是潜焓，h是显焓。
3相变微胶囊板相变材料蓄热特性数值模拟研究16TTrefprefhdThc(3.3)式（3.3）中href为参考焓，Tref为参考温度，cp是定压比热容。LH(3.4)式（3.4）中β为液相率，L为相变材料的潜热。由于当T<Tsolidus时，β=0；T>Tliquidus时，β=1；Tsolidus≦T≦Tliquidus时，β=(T-Tsolidus)/(Tliquidus-Tsolidus)。故当相变材料全为固相时，总焓H等于显焓h；相变材料全为液相时，总焓H为显焓与相变材料的潜热之和。在相变材料相变蓄热过程中，0<β<1，液相率是温度的线性函数，对于特定的相变材料，其潜热量恒定。故潜焓ΔH为温度的线性函数。在本文的相变材料蓄热中，不考虑方程源项，故S=0。3.2计算过程参数和条件的设置3.2.1模型的建立及网格划分在Gambit软件中通过Operation--Geometry操作建立如图3.1的物理模型，平板上微胶囊等间距布置。建模完成后，利用operation-mesh操作对图3.1的物理模型进行网格划分，对平板和球状微胶囊分开划分网格。此处平板和微胶囊划分成四面体非结构化网格。划分网格后的模型图如图3.3所示，相变微胶囊局部网格放大图如图3.4所示。图3.3带有相变微胶囊的平板蓄热模型网格图
本文编号：2959604
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
相变微胶囊板蓄热物理模型
西安科技大学硕士学位论文15图3.2相变微胶囊相变前简图3.1.2数学模型由于涉及微胶囊内相变材料的传热，相变材料在传热过程中发生了相变，本文研究的相变问题为固液相变问题，故选用Fluent软件中的solidification/melting模型。通过引入液相率β来反映微胶囊内相变材料相变蓄热过程中液相体积分数的变化。当β=0时，相变蓄热过程尚未开始；当β=1时，相变蓄热过程结束；当相变材料固液两相同时存在时，0<β<1，相变蓄热过程正在进行。在相变材料由固相逐渐转变成液相的过程中，存在相变潜热的传递。相变材料传热的控制方程为非线性方程。本文利用控制容积法对所要求解的相变材料传热问题进行求解，需要用到的控制方程有连续性方程，能量守恒方程。控制方程如下：（1）连续性方程0)()()(zwyvxu(3.1)式（3.1）中，ρ是密度，u，v，w是x，y，z三个方向的分速度。（2）能量守恒方程vSTkHH)()()((3.2)式（3.2）中，H是总焓，v是流体速度，k是导热系数，S是源项。根据文献64，总焓H可以表示成显焓和潜焓之和，即H=h+ΔH。其中ΔH是潜焓，h是显焓。
3相变微胶囊板相变材料蓄热特性数值模拟研究16TTrefprefhdThc(3.3)式（3.3）中href为参考焓，Tref为参考温度，cp是定压比热容。LH(3.4)式（3.4）中β为液相率，L为相变材料的潜热。由于当T<Tsolidus时，β=0；T>Tliquidus时，β=1；Tsolidus≦T≦Tliquidus时，β=(T-Tsolidus)/(Tliquidus-Tsolidus)。故当相变材料全为固相时，总焓H等于显焓h；相变材料全为液相时，总焓H为显焓与相变材料的潜热之和。在相变材料相变蓄热过程中，0<β<1，液相率是温度的线性函数，对于特定的相变材料，其潜热量恒定。故潜焓ΔH为温度的线性函数。在本文的相变材料蓄热中，不考虑方程源项，故S=0。3.2计算过程参数和条件的设置3.2.1模型的建立及网格划分在Gambit软件中通过Operation--Geometry操作建立如图3.1的物理模型，平板上微胶囊等间距布置。建模完成后，利用operation-mesh操作对图3.1的物理模型进行网格划分，对平板和球状微胶囊分开划分网格。此处平板和微胶囊划分成四面体非结构化网格。划分网格后的模型图如图3.3所示，相变微胶囊局部网格放大图如图3.4所示。图3.3带有相变微胶囊的平板蓄热模型网格图
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