相變材料由于能夠在相變過(guò)程中釋放和儲(chǔ)存大量的能量,已經(jīng)成為儲(chǔ)能領(lǐng)域的熱門(mén)話(huà)題之一。單一相變材料存在熱導(dǎo)率低、能量易泄漏等缺點(diǎn),不能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)需要,因此常常將相變材料與其他材料復(fù)合,從而提升其性能。針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)中相變材料傳熱較差的情況,介紹了傳熱的方式以及強(qiáng)化傳熱的手段。熱性能是相變儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要性能之一,而相變過(guò)程是高度非線(xiàn)性的瞬態(tài)過(guò)程,普通儀器和常規(guī)方法難以解決分析問(wèn)題。已有研究表明,應(yīng)用有限元數(shù)值模擬軟件能夠分析此類(lèi)問(wèn)題,并能得出準(zhǔn)確的解。因此,綜述了有限元的基本概念和模擬過(guò)程,并列出了相關(guān)應(yīng)用案例。 

【文章來(lái)源】：新技術(shù)新工藝. 2020,(11)

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【部分圖文】：

潛熱相變材料應(yīng)用于建筑材料的示意圖

劃分網(wǎng)格：劃分網(wǎng)格的目的是為了用含有節(jié)點(diǎn)和單元的有限元模型代替幾何模型。網(wǎng)格分為四面體網(wǎng)格和六面體網(wǎng)格（見(jiàn)圖2）。對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)模型，四面體網(wǎng)格更適用。網(wǎng)格劃分需要選擇合適的尺寸，網(wǎng)格的尺寸越小，計(jì)算結(jié)果越精確，計(jì)算時(shí)間越長(zhǎng)。一般而言，當(dāng)選擇的網(wǎng)格尺寸在模擬結(jié)果中呈現(xiàn)紅色網(wǎng)格在局部區(qū)域中占連續(xù)3行或3列及以上時(shí)，其網(wǎng)格尺寸較為合適，模擬結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確。目前，很多有限元軟件有自適應(yīng)網(wǎng)格劃分功能，即在原有網(wǎng)格基礎(chǔ)上，根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果估計(jì)計(jì)算誤差、重新劃分網(wǎng)格和再計(jì)算的一個(gè)循環(huán)過(guò)程。求解設(shè)置和模擬結(jié)果如下。

相變問(wèn)題是非線(xiàn)性瞬態(tài)熱分析問(wèn)題[14]。它與線(xiàn)性瞬態(tài)熱分析的區(qū)別在于要考慮相變過(guò)程中潛熱的吸收和釋放，常規(guī)手段難以求出準(zhǔn)確的解。然而有限元分析可以解決此類(lèi)問(wèn)題。如Si等[15]在室外瀝青混合料模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用ANSYS軟件建立了相應(yīng)的有限元模型，根據(jù)實(shí)測(cè)的瀝青混合料比熱容、密度、熱導(dǎo)率確定了有限元模型內(nèi)的溫度分布，以及用于確定邊界條件的氣象數(shù)據(jù)。將計(jì)算溫度值與實(shí)測(cè)溫度值進(jìn)行比較。結(jié)果表明，計(jì)算得到的溫度值與實(shí)測(cè)值吻合較好，驗(yàn)證了材料參數(shù)和邊界條件的準(zhǔn)確性。相變過(guò)程中溫度與焓的關(guān)系如圖3所示。相變材料發(fā)生相變時(shí)能調(diào)節(jié)材料及材料周?chē)臏囟�，可以�?yīng)用于建筑材料領(lǐng)域。然而，相變后建筑材料內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)溫度分布不均的現(xiàn)象，容易開(kāi)裂。常規(guī)的測(cè)試手段很難定量分析建材內(nèi)部溫度分布情況。有限元數(shù)值模擬可以通過(guò)邊界條件設(shè)置和控制方程來(lái)模擬相變材料和建筑材料的溫度狀況。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此都有相關(guān)的研究。如Kong等[16]應(yīng)用ABAQUS軟件模擬了封裝相變材料在砂漿板內(nèi)的溫度分布（見(jiàn)圖4）。他們對(duì)不同形狀的膠囊、石蠟用量和膠囊位置的影響進(jìn)行了參數(shù)化研究。結(jié)果表明，圓柱形和球形膠囊具有相似的熱響應(yīng)，而板形膠囊可能會(huì)導(dǎo)致砂漿板內(nèi)溫度分布不均勻。石蠟的用量和位置對(duì)砂漿板也有顯著影響：石蠟含量較高會(huì)導(dǎo)致石蠟相變過(guò)程中出現(xiàn)溫度滯后現(xiàn)象，在遠(yuǎn)離受熱面的地方會(huì)導(dǎo)致另一面的溫度滯后較長(zhǎng)。張毅等[17]通過(guò)3D焓法有限元模型，證明了摻入脂肪酸能夠降低石膏板冷面的升溫速率，提高石膏板的儲(chǔ)熱能力。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]相變儲(chǔ)能石膏板傳熱過(guò)程測(cè)試及有限元分析[J]. 張毅,馮春花,劉洋,張菁燕,李東旭.  太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2015(08)
[2]一種熱傳導(dǎo)過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真及可視化方法[J]. 許亞瑞,董曉芬,龐明勇.  系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào). 2014(05)
[3]淺談我國(guó)的能源現(xiàn)狀及能源對(duì)策[J]. 柴生高.  中國(guó)外資. 2011(22)
[4]基于ANSYS有限元方法對(duì)相變材料相變過(guò)程的分析[J]. 郭志強(qiáng),吳文健,滿(mǎn)亞輝,吳曉森.  新技術(shù)新工藝. 2007(11)

碩士論文
[1]復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的性能研究[D]. 陳龍.哈爾濱工程大學(xué) 2017



本文編號(hào)：2979076