固液相變過程廣泛存在于工業(yè)余熱回收、電子設(shè)備熱管理和太陽能儲存等工業(yè)實踐中,研究固液相變過程的基本特性對于工業(yè)生產(chǎn)實踐具有指導(dǎo)性意義。研究發(fā)現(xiàn)在自然狀態(tài)下固液相變過程往往進(jìn)行非常緩慢,這限制了固液相變儲能技術(shù)在太陽能的高效與快速儲存中的應(yīng)用,如何提升相變材料的融化速率是當(dāng)前的一個研究熱點(diǎn)。當(dāng)前的固液相變數(shù)值模擬研究往往假設(shè)固相區(qū)不發(fā)生導(dǎo)熱,數(shù)值模擬的結(jié)果與實際過程相去甚遠(yuǎn),無法全面地探究固液相變過程的基本流動、傳熱和熔化特性�？紤]到以上情況,首先不考慮固相區(qū)導(dǎo)熱,對比研究了鎵和錫在側(cè)壁加熱和底部加熱下的熔化特性,隨后研究了考慮固相區(qū)導(dǎo)熱影響的不等溫下金屬鎵的熔化和凝固過程,對比考慮和不考慮固相區(qū)導(dǎo)熱條件下的熔化特性。固液相變的強(qiáng)化技術(shù)可以分為被動強(qiáng)化技術(shù)和主動強(qiáng)化技術(shù)。針對被動相變強(qiáng)化技術(shù),本文提出采用不產(chǎn)生額外能耗的加熱模式提升融化效率,該方法通過改善熱壁面附近速度場與溫度梯度場的協(xié)同增強(qiáng)對流換熱,從而加速相變進(jìn)程。針對主動相變強(qiáng)化技術(shù),本文采用額外能耗較低的電場強(qiáng)化技術(shù),研究電對流作用下相變材料的熔化過程。本文主要開展了以下研究:根據(jù)格子Boltzmann方法的基本理論,給出在固液... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

本文各章研對流強(qiáng)化固液相變研究第3章固液相變本特性研

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-7-立了固液相變格子Boltzmann模型，該模型包括了四個格子Boltzmann方程，依次用于求解速度嘗溫度嘗電荷密度分和電勢分布。通過Chapman-Enskog分析四個格子Boltzmann方程依次恢復(fù)到宏觀方程（見附錄）。利用建立的模型進(jìn)行電場強(qiáng)化固液相變的模擬。首先分析了電場強(qiáng)化固液相變的基本流動、傳熱和融化特性，隨后系統(tǒng)地分析了電瑞利數(shù)、無量綱電荷遷移率、電荷注入強(qiáng)度和無量綱電荷擴(kuò)散率的影響。為了更好地測試EHD的強(qiáng)化效應(yīng)，研究了不同加熱方向和電荷注入方向下電對流對固液相變的強(qiáng)化效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)采用側(cè)壁加熱側(cè)壁注入電荷比底部加熱底部注入電荷能夠更好地電場的強(qiáng)化作用。采用側(cè)壁加熱側(cè)壁注入模擬了不等溫熔化過程，發(fā)現(xiàn)電場的作用能使熔化時間最高縮短約50%。圖1-2本文各章研究內(nèi)容及總體框架第2章固液相變基本理論及格子Boltzmann模型基于格子Boltzmann方法的鎵融化特性與電對流強(qiáng)化固液相變研究第5章電對流強(qiáng)化固液相變建模和研究第4章新型加熱模型提升融化效率第3章固液相變基本特性研究

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-21-壁面處平均努塞爾數(shù)Nu隨Fo的演化，同時還能準(zhǔn)確地捕捉高Ra下Nu的振蕩。這表明當(dāng)前代碼在模擬等溫融化時準(zhǔn)確性良好，滿足使用要求。3.1.2固液相變自然對流和固液相變Rayleigh-Benard對流基本特性方腔內(nèi)的固液相變過程根據(jù)加熱方向可以分為側(cè)壁加熱和底部加熱這兩種最常見的情況，由于頂部加熱是導(dǎo)熱熔化過程，本文不予考慮。兩種加熱模型的示意圖見圖3-3。不同的方向?qū)е略谌诨^程中液相區(qū)出現(xiàn)兩種不同的自然對流，側(cè)壁加熱形成（普通）自然對流，底部加熱形成Rayleigh-Bernard對流，本文將兩種加熱方向下的相變過程分別稱為固液相變自然對流和固液相變Rayleigh-Bernard對流。以純物質(zhì)金屬鎵的等溫熔化過程為例，研究這兩種最常見的固液相變自然對流的基本特性。圖3-3側(cè)壁加熱模型（左）及底部加熱模型（右）051015200246conductionRa=1.5*105leftRa=1.5*105belowNusseltnumberNuFouriernumberFoRa=5*103leftRa=5*103belowRa=5*104leftRa=5*104below0510150.00.20.40.60.81.0LiquidfractionflFouriernumberFoconductionRa=5*103leftRa=5*103belowRa=5*103leftRa=5*103belowRa=5*103leftRa=5*103below圖3-4不同Ra下兩種加熱方向的對比：fl（左）和Nu（右）分別計算了Ra=5×103，5×104和1.5×105和導(dǎo)熱融化（Ra=0）四種工況，圖3-4給出了兩種加熱模型熔化過程的fl和Nu隨Fo的變化，它們分別表示熔化過程的快慢和對流換熱作用的強(qiáng)弱。從圖中可以看出以下基本特性：（1）Ra越大，對流換熱作用越強(qiáng)，熔化越快。liquidsolidcT=Tu=0v=0T=Tcu=0v=0T=Thu=0v=0adiabaticu=0v=0adiabaticgllxy

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]對流換熱的物理機(jī)制及其控制:速度場與熱流場的協(xié)同[J]. 過增元.  科學(xué)通報. 2000(19)



本文編號：3604739