儲(chǔ)能技術(shù)憑借能夠有效解決能量供求雙方在時(shí)間和空間上不匹配的優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用到諸如太陽(yáng)能利用、建筑節(jié)能、工業(yè)余熱回收、供暖空調(diào)系統(tǒng)、電子元件冷卻等領(lǐng)域。但目前,對(duì)提高矩形相變單元儲(chǔ)熱及放熱過(guò)程總效率的研究較少,且大多相變材料的導(dǎo)熱性能較差,使得相變儲(chǔ)能的應(yīng)用推廣存在一定的困難�；诖�,本文針對(duì)相變單元內(nèi)相變材料的傳熱特性及單元的結(jié)構(gòu)優(yōu)化開(kāi)展了以下研究工作:利用FLUENT軟件對(duì)矩形單元內(nèi)水平圓管外伴有對(duì)流的相變傳熱問(wèn)題建立了數(shù)值模型與計(jì)算方法,并將單元內(nèi)石蠟熔化過(guò)程的溫度與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了所建立的焓-多孔介質(zhì)模型的可靠性。以石蠟為相變材料,水作換熱流體,對(duì)矩形單元內(nèi)石蠟的儲(chǔ)、放熱特性分別進(jìn)行了數(shù)值模擬分析,通過(guò)單元內(nèi)的固-液相界面、溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、流場(chǎng)以及熔化/凝固速率等參數(shù)隨時(shí)間的變化情況可知,石蠟熔化過(guò)程中,當(dāng)加熱壁面與相變材料初始溫度間溫差提升20℃時(shí),單元內(nèi)石蠟的熔化速率增大24.26%,單元內(nèi)自然對(duì)流主導(dǎo)傳熱的時(shí)間占熔化總時(shí)間的比例增大36.11%,自然對(duì)流的強(qiáng)度提高41.51%,自然對(duì)流作用對(duì)熔化過(guò)程中的傳熱影響不能忽略;石蠟?zāi)踢^(guò)程中,當(dāng)放熱壁面與相變材料初始溫度間... 

【文章來(lái)源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：85 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－４相變蓄熱熱泵系統(tǒng)示意圖??．．

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??Ｘ：??ｆ＼?＼ｆｙ－Ａ??ｃｆ?［?Ｕ??，?■／ｆｘ??Ｉ?——＂丨．．?＾＾＾??＇？？ｆ??圖２－１物理模型??表１石蠟物性參數(shù)表??相變溫度?相變潛熱?密度?熱導(dǎo)率?比熱容??／Ｋ?／?（ｋＪ．ｋｇ．１）?／?（ｋｇ．ｎｒ３）?／?（Ｗ．（ｍ．Ｋ）．１）?／?（ｌｄ?（ｋｇ?Ｋ）－１）??固態(tài)?液態(tài)?固態(tài)?液態(tài)?固態(tài)?液態(tài)??３１９．６８?１４１．９１?９１６?７７６?０．２７?０．１１?１．７?２．５??由于ＰＣＭ的相變過(guò)程是一個(gè)基于多物理場(chǎng)相互作用的復(fù)雜過(guò)程，為便于進(jìn)??行數(shù)值模擬，對(duì)計(jì)算模型作以下假設(shè)：??（１）密度項(xiàng)滿(mǎn)足ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ假設(shè)，即只考慮溫度變化引起的密度項(xiàng)變化??（２）?ＰＣＭ固、液兩相的比熱容、熱導(dǎo)率和密度均為常數(shù)且不隨溫度發(fā)生變化，??各向同性；??（３）?ＰＣＭ的相變過(guò)程發(fā)生在一個(gè)溫度范圍內(nèi)。??基于以上假設(shè)，選擇２Ｄ分離、隱式、非穩(wěn)態(tài)求解器求解，加載能量方程、??凝固熔化（Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ／Ｍｅｌｔｉｎｇ）模型、層流模型來(lái)模擬石蠟初始溫度為３００．１５Ｋ??的條件下，溫度為３３３．１５?Ｋ的水作為傳熱流體與ＰＣＭ耦合時(shí)的熔化過(guò)程。能量??方程、動(dòng)量方程的離散均采用二階迎風(fēng)差分格式，離散項(xiàng)中壓力梯度采用??ＰＲＥＳＴＯ！格式，壓力和速度耦合項(xiàng)采用ＳＩＭＰＬＥＣ算法，材料面板的設(shè)置密度??項(xiàng)選擇Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ假設(shè)，體積膨脹系數(shù)為０．００１?Ｋ－１，液相線溫度設(shè)為３１９．６８?Ｋ，??固相線溫度設(shè)為３１４．９８?Ｋ，內(nèi)圓管壁面設(shè)為恒壁溫條件，外殼體壁面采用絕熱條??件。?

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??程中，軸向溫度跟徑向溫度梯度相比可忽略［５９］），因此可將原三維模型簡(jiǎn)化為二??維模型進(jìn)行研宄，并且由于圓管Ｘ方向處于中心，左右對(duì)稱(chēng)邊界，故僅取一半??區(qū)域作為計(jì)算域，見(jiàn)圖２－２。??絕熱壁面．??石蠟??絕??等?熱?１??產(chǎn)、＇通?ｉ?２??Ｒ＝１０ｍｍ?壁?面―??面??絕熱壁面??５０?ｍｍ??圖２－２模型的計(jì)算域??２．?２．?２網(wǎng)格無(wú)關(guān)性和時(shí)間步長(zhǎng)獨(dú)立性驗(yàn)證??為保證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行數(shù)值計(jì)算之前需先對(duì)模型進(jìn)行獨(dú)立性驗(yàn)??證。對(duì)二維簡(jiǎn)化模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分網(wǎng)格數(shù)分別為７２７５、１０４７２和１６３６５，??當(dāng)網(wǎng)格數(shù)達(dá)到１０４７２時(shí)即可滿(mǎn)足計(jì)算精度要求，由于所模擬的是瞬態(tài)傳熱流動(dòng)模??型，故進(jìn)行時(shí)間步長(zhǎng)獨(dú)立性驗(yàn)證是必要的，經(jīng)過(guò)多次試算，選擇時(shí)間步長(zhǎng)為０．１?ｓ，??如圖２－３所示。??３１６?－?＿＿?３１６?－?，??３１２?－?３１２?－?／ｙ??＾?３０８?－?＾?３０８?－?一？—０．０５?ｓ??卜?一？—網(wǎng)格數(shù)為?１６３６５?ｆ，?—ｍ—〇?ｉ?ｓ??３０４?＿?——?網(wǎng)格數(shù)為?１０４７２?３０４?＇?＾?－—０．２?ｓ??３００?ｙｊｒ?—＇＊—網(wǎng)格數(shù)為７２７５?３００???｜?｜?｜???｜?Ｉ?｜???０?５０?１００?１５０?２００?０?５０?１００?１５０?２００??ｔ?／?ｍｉｎ?ｔ?／?ｍｉｎ??（ａ）網(wǎng)格無(wú)關(guān)性?（ｂ）時(shí)間步長(zhǎng)獨(dú)立性??圖２－３獨(dú)立性驗(yàn)證??１５??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]矩形單元蓄熱特性及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J]. 周慧琳,邱燕.  儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2020(04)
[2]矩形蓄熱單元內(nèi)石蠟的相變傳熱特性[J]. 周慧琳,邱燕.  山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版). 2019(04)
[3]中國(guó)航天器新型熱控系統(tǒng)構(gòu)建進(jìn)展評(píng)述[J]. 寧獻(xiàn)文,李勁東,王玉瑩,蔣凡.  航空學(xué)報(bào). 2019(07)
[4]內(nèi)徑尺寸對(duì)環(huán)形相變蓄熱單元熔化特性影響規(guī)律的數(shù)值分析[J]. 龍偉月,曹曉玲,袁艷平,向波,余南陽(yáng).  太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2018(06)
[5]蓄熱過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 孟鋒,安青松,郭孝峰,趙軍,鄧帥,趙棟.  化工進(jìn)展. 2016(05)
[6]圓柱形相變蓄熱單元性能的理論與數(shù)值研究[J]. 劉泛函,王仕博,王華,王輝濤,楊濮亦,熊靚.  太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2015(03)
[7]中低溫相變蓄熱的研究進(jìn)展[J]. 徐治國(guó),趙長(zhǎng)穎,紀(jì)育楠,趙耀.  儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2014(03)
[8]相變熱控裝置內(nèi)部的傳熱特性[J]. 杜雁霞,肖光明,桂業(yè)偉,賀立新,劉磊.  化工學(xué)報(bào). 2012(S1)
[9]矩形單元內(nèi)癸酸熔化特性的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)[J]. 袁艷平,曹曉玲,白力,楊曉嬌.  西南交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2012(02)
[10]方形槽內(nèi)水平圓管外相變蓄熱過(guò)程的數(shù)值模擬[J]. 李偉,趙軍,李新國(guó).  熱能動(dòng)力工程. 2012(02)

碩士論文
[1]方形相變蓄熱單元內(nèi)Al-Cu合金熔化和凝固過(guò)程傳熱特性研究[D]. 崔富.西南交通大學(xué) 2017
[2]瞬態(tài)相變儲(chǔ)熱裝置設(shè)計(jì)[D]. 李燚.電子科技大學(xué) 2015
[3]微納米碳/石蠟基復(fù)合材料的傳熱蓄熱性能研究[D]. 周文.中南大學(xué) 2013
[4]固體相變蓄熱材料的蓄熱和放熱性能研究[D]. 李曾敏.重慶大學(xué) 2002



本文編號(hào)：3541025