相變儲能材料具有儲能密度大、工作溫度變化范圍小以及受熱時發(fā)生固態(tài)—液態(tài)—固態(tài)周期性存儲和釋放能量的特性,已經(jīng)應(yīng)用到建筑節(jié)能、電池?zé)峁芾�、太陽能發(fā)電等眾多領(lǐng)域。然而大多數(shù)的相變材料由于導(dǎo)熱系數(shù)較小,很大程度上影響了其在蓄熱和放熱過程中的速度,因此提高相變儲能材料的導(dǎo)熱性能具有重要的意義。在相變儲能材料中加入高導(dǎo)熱性能的骨架材料,為解決相變材料這一不足提供了有效方式。本文采用三維格子玻爾茲曼方法（LBM）,在分析固液相變過程和相界面發(fā)展、演化規(guī)律,以及多孔介質(zhì)滲流和多相流理論的基礎(chǔ)上,建立了描述糊狀區(qū)的兩區(qū)域模型,即在糊狀區(qū)中低含液率區(qū)域,采用擴(kuò)展達(dá)西滲流模型;在糊狀區(qū)中高含液率區(qū)域,采用多相流模型。并對建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果與經(jīng)典文獻(xiàn)有很好的一致性�；诮⒌膬蓞^(qū)域模型,首先對腔體內(nèi)的純相變材料融化蓄熱過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明:1)隨著無量綱參數(shù)Ra數(shù)的增加,腔體內(nèi)自然對流引起的熱浮升力增加,糊狀區(qū)發(fā)生彎曲,并出現(xiàn)上窄下寬的形狀,相變材料融化速率提高;2)隨著Ste數(shù)的增加,腔體內(nèi)相變材料自然對流換熱能力增強(qiáng),在相同的時間下,融化速率越快;3)隨著相變溫度半徑θR的增加,... 

【文章來源】：山東建筑大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

固液相

山東建筑大學(xué)碩士論文122.1.2填充骨架固液相變的三維格子Boltzmann模型在本研究中，我們使用雙分布格子玻爾茲曼方法D3Q19模型模擬在孔隙尺度下自然對流的熔融過程。速度和溫度的演化方程及平衡態(tài)方程分別由式（2.19）~（2.22）表示為[82]itiiittiiF(x,tf(x,tf(x,tf,te(xf)])[1))eqf(2.19)itiiittiiSr(x,tg(x,tg(x,tg,te(xg)])[1))eqT(2.20)]22)(1[2s24s22seqrcurcuecuewfiiii])([totalstotalstotalseq2222422221cucuecueTwgiiii(2.21)(2.22)式中：fi(x,t)、gi(x,t)為t時刻x位置的微粒在i方向上的分布函數(shù)，簡寫成fi、gi；δt為格子時間步長；wi為權(quán)系數(shù)；ei為i方向上的格子速度；cs為格子聲速；c為聲速。圖2展示了D3Q19模型，模型中的格子聲速和權(quán)系數(shù)（式2.23）和離散速度（式2.27）表示為：cc3s222222361181031ccccciiii(2.23)111111110000110000011110000111100110000000111111110000110ie(2.24)圖2.2D3Q19模型

山東建筑大學(xué)碩士論文14(5)重復(fù)步驟（2）~（4）直到滿足收斂判據(jù)；(6)輸出相應(yīng)的宏觀物理量。2.2多孔介質(zhì)物理模型的建立多孔介質(zhì)固體骨架（泡沫金屬）由于其具有導(dǎo)熱系數(shù)大、比表面積大、通孔率高、密度孝結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，對優(yōu)化相變蓄熱過程有很大作用。為了準(zhǔn)確地預(yù)測骨架對固液相變過程的影響，眾多學(xué)者做了大量研究。Bodla[83]等人為了獲得泡沫金屬的三維結(jié)構(gòu)，采用微觀Micro-CT設(shè)備和圖像處理技術(shù)獲得了多孔介質(zhì)真實(shí)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。雖然該方法可以準(zhǔn)確的得到泡沫金屬的真實(shí)結(jié)構(gòu)，但該方法不僅成本較高，且其內(nèi)部微觀孔隙結(jié)構(gòu)的詳細(xì)特征更多的依賴所選儀器的分辨率。因此在理論預(yù)測中大量學(xué)者經(jīng)常采用人工構(gòu)造的物理模型來刻畫多孔介質(zhì)的微觀信息特征。Lu等人[84]為表征泡沫金屬，開發(fā)了一種分析模型，該模型由細(xì)長圓柱體組成的簡單立方晶胞泡沫，模型如圖2.3所示，雖然模型簡單，保留了骨架通孔率高、比表面積大、孔隙率高等結(jié)構(gòu)特征，但該模型過分簡化了由非圓形和鋒利的韌帶組成的金屬泡沫中流體流動的計(jì)算，對數(shù)值結(jié)果可能存在過高估計(jì)。圖2.3細(xì)長圓柱體骨架圖2.4簡單四棱柱骨架Li等人[85]為了研究多孔介質(zhì)基體內(nèi)相變材料的熱行為，構(gòu)造了如圖2.4所示的多孔介質(zhì)簡化模型，模型結(jié)構(gòu)由四棱柱組成，雖然模型結(jié)構(gòu)規(guī)則簡單，減少網(wǎng)格數(shù)量，節(jié)省計(jì)算資源，但對真實(shí)泡沫材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的描述還不夠詳細(xì)。為了更近一步的描述泡沫材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，Sundarram等[86]和Annapragada等[87]采用面中心法（圖2.5）和體中心法（圖2.6）來描述泡沫材料，但其結(jié)構(gòu)不規(guī)則，網(wǎng)格劃分較困難，計(jì)算量較大，收斂較困難。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]多層/梯度多孔材料的設(shè)計(jì)及其吸聲與強(qiáng)化傳熱性能研究[D]. 王柏村.浙江大學(xué) 2016

碩士論文
[1]含多孔骨架的儲能材料固液相變界面?zhèn)鬟f機(jī)理研究[D]. 張自仕.山東建筑大學(xué) 2019
[2]儲能材料相變過程傳熱特性實(shí)驗(yàn)研究[D]. 張洋洋.山東建筑大學(xué) 2018
[3]多孔介質(zhì)腔體內(nèi)固液相變界面特性的LBM三維數(shù)值研究[D]. 宋林泉.山東建筑大學(xué) 2018
[4]基于格子-Boltzmann方法的固液相變界面特性研究[D]. 郜凱凱.山東建筑大學(xué) 2017
[5]基于三周期極小曲面的模型輕量化方法[D]. 馮紫鑫.大連理工大學(xué) 2017
[6]基于LBM含多孔骨架儲能材料的固液相變傳熱研究[D]. 姜昊.山東建筑大學(xué) 2016
[7]泡沫鋁/石蠟復(fù)合相變材料蓄熱性能數(shù)值研究[D]. 成驥.北京交通大學(xué) 2016



本文編號：3276767