高温相变蓄热容器的优化设计及参数分析

高温相变蓄热容器是空间太阳能热动力发电系统关键部件吸热器的基本部件，它的传热性能直接影响到整个动力系统的性能。建立了相变容器的目标函数和约束方程，利用优化方法求出了设计变量的最佳参数，分析了容器的壁厚、外径和长度等参数对容器性能的影响，结果表明蓄热容器参数对吸热器的性能和质量有重要的影响，计算结果可以用于吸热器的设计。     

太阳能热动力发电系统吸热器换热管试验及数值模拟

吸热器换热管地面试验是空间太阳能热动力发电系统吸热／蓄热器研制的重要阶段，是为了验证相变材料的蓄放热性能。对以共晶盐LiF—CaF2为蓄热介质的换热管进行了27个周期共2511分钟的地面试验，包括变参数试验和稳态试验，获得了容器表面温度和工质出口温度等试验结果。利用焓法建立相变蓄热换热管试验的传热模型，采用试验参数对地面试验进行了数值模拟，得到的结果与试验结果进行了比较，两者比较接近。证明了地面单管试验的成功性，也验证了换热管传热分析软件的可靠性。     

微重力条件下相变材料容器的二维瞬态热分析

高温相变材料是空间太阳能热动力发电系统吸热器中普遍使用的蓄热介质。基于微重力状态下的导热控制微分方程，采用焓法对相变材料容器进行了二维数值分析，对计算结果给予了讨论。     

适用于废热回收的相变蓄热装置数值模拟与实验研究

固-液相变潜热蓄热技术是一种极具前景的工业废热回收方式,通过管壳式换热器可利用相变材料(PCM)吸收工业废热加以储存再用于加热水,从而实现了工业废热的回收利用.对填充高导热多孔筛网的管壳式潜热蓄热单元(LHSU)建立了二维数学模型,并对填充与未填充筛网的蓄热容器一同进行了相变蓄热实验.实验结果表明,填充筛网能够有效改善PCM的传热性能;实验数据和计算值吻合的较好,证明了计算模型的有效性.利用计算模型,对3种PCM(石蜡P116、硬脂酸和软脂酸)蓄热系统进行了数值计算.结果表明,采用软脂酸的蓄热系统热性能最佳,能很好地满足供应生活热水的设计要求.研究结论对蓄热系统的设计和性能优化有一定的指导作用.     

PCM容器的结构参数对蓄热单元热性能的影响

适合空间设备的主要电力来源就是太阳能热动力发电系统。为了深入考察蓄热容器（PCM容器）的结构参数对空间太阳能热动力发电系统的关键部件之一，即吸热蓄热器热性能的影响，建立了PCM容器的二维热分析模型，并在两种工作参数条件下对不同径向高度的PCM容器进行了数值计算，结果表明PCM容器的外径对吸热蓄热器热性能具有重要影响。研究结果可为提高PCM容器的功率质量比提供参考依据。     

太阳能吸热器换热管蓄热数值模拟与试验研究

对以高温共晶盐LiF—CaF2为相变材料(PCM)和以干空气为工质的相变蓄热系统，采用焓方法建立了以控制体单元为对象的单管相变蓄热模型，并对系统进行了数值分析，得到了循环工质气体出口温度、相变材料容器最高温度和平均壁温等参数的瞬态变化曲线，实验研究了吸热器换热管的蓄傲热性能，分析了工质进口温度、输入热流级工质流量对工质出口温度、PCM容器平均壁温及最高壁温的影响。计算结果和试验表明单元换热管的蓄傲热性能达到了设计要求，试验结果与数值计算吻合良好。     

高温相变蓄热器数值模拟与实验研究

高温相变蓄热器是空间太阳能热动力发电系统的关键部件之一,相变材料(PCM)蓄热是其中的关键技术。对以LiF-CaF2为PCM和以干空气为工质的蓄热系统进行了地面实验,并分别建立了相应条件下填充纯PCM和泡沫复合相变材料(FCPCM)的蓄热单元管数学模型。经过数值计算得到结果表明,纯PCM蓄热单元管计算值与实验数据吻合得很好,表明了计算模型的有效性;此外,对填充纯PCM和FCPCM的蓄热单元管的计算结果进行了比较,结果表明,泡沫的填充强化了PCM的导热性能,提高了蓄热系统的热性能。     

高温固液相变蓄热容器的研究与发展

介绍了近年来国内外空间太阳能动力装置PCM蓄热容器的研制情况，分析了PCM蓄热容器的传热过程及热分析方法，概括了研究中存的主要问题，认为进一步完善传热模型，寻求强化传热新途径，提高效率和可靠性及进一步的试验研究是今后发展及研究的主要方向。     

空穴分布对固液相变蓄热过程的影响

建立了微重力下相变蓄热容器的仿真计算模型,根据蓄热容器内凝固过程的仿真结果建立了更加符合实际的空穴分布模型,对相变蓄热过程进行了仿真计算。对比分析了该文空穴模型与忽略空穴、简单空穴模型对应的仿真结果,证明空穴分布形式对于蓄热容器内的相变蓄热过程的显著影响。通过建立更加真实的空穴分布模型提高了相变蓄热过程仿真计算的准确性,对蓄热容器的设计改进具有积极的指导意义。     

相变材料容器的三维热分析

空间太阳能热动力发电系统是很有前途的空间电力系统。基于微重力状态下的导热控制微分方程，采用焓法对相变材料容器进行三维数值分析，并对计算结果进行了讨论。     

太阳入射热流对吸热器换热的影响

空间太阳能热动力发电系统是非常有前景的未来空间能源供应系统。吸热器的入射热流分布将影响到换热管的传热以及系统的寿命，采用焓法处理相变区的传热，建立了太阳能热动力发电系统吸势器换热管三维换热模型，计算得到在轨道周期内对应三种入射热流的换热管的温度场、工质的出口温度变化、相变材料熔化率等重要的结果，并进行了比较、分析。     

组合相变材料换热管吸热器性能的数值分析

吸热器是空间太阳能热动力发电系统关键部件之一。传统吸热器采用单一熔点的相变材料。该文提出了由不同溶点的相变材料组成的组合PCM换热管吸热器模型，计算了换热管最大温度、工质出口温度、各容器PCM熔化率、换热管总PCM熔化率等结果。并与单一PCM换热管吸热器进行了比较分析，说明了采用组合PCM换热管可以很好的提高吸热器的性能，对于减少工质温度波动、减少吸热器质量有重要的意义。计算结果可以较好的指导吸热器的设计。     

Three—Dimensional Heat Transfer Analysis for A Thermal Energy Storage Canister

IlltroductionSolar dynamic power modules (SDPM) with phasechange material (PCM) is a vital solution to ensureuninterrupted power supply for low-earth orbitapplication. The advantage of SDPM is its longerlifehme and higher efficiency. Longer lifetime results insubstanhal savings in hardware replacement, launch, andon-orbit installation costs. Because of SDPM's higherefficiency, its solar collection area is only about 25percent of that for a PV system. This would allowspacecraft operatin…     

微重力下高温固液相变蓄热容器内空穴分布

高温固液相变蓄热容器是空间太阳能动力装置吸热—储热器的关键部件。作为相变材料(PCM)的氟盐在凝固时体积收缩很大，从而在PCM容器内形成空穴。空穴的存在增大了传热热阻，还可能使PCM容器产生“热斑”和“热松脱”现象。该文建立了微重力下基于焓法形式的二维数学模型和一个改进的空穴模型，提出了计算相变过程中空穴体积变化及空穴调整的算法。预测了PCM容器在一个轨道周期内的空穴分布。计算结果有助于解决PCM容器的“热斑”和“热松脱”问题。     

Influence of Void Ratio on Phase Change in Thermal Storage Canister of Heat Pipe Receiver

In this paper, with both void cavity and phase change considered, influence of void ratio on phase change in thermal storage canister of heat pipe receiver under microgravity is numerically simulated. Accordingly, physical and mathematical models are built. A solidification–melting model upon the enthalpy–porosity method is specially provided to deal with phase changes. The change of liquid fraction with respect to void ratio and the liquid fraction distribution of different void ratios in a thermal storage canister of a heat pipe receiver are shown. Numerical results are compared with experimental ones. Research results indicate that the void cavity prevents the process of phase change significantly. Phase-change material (PCM) melts slowly during sunlight periods and freezes slowly during eclipse periods as void ratio increases. The utility ratio of PCM during both sunlight periods and eclipse periods decreases obviously as the void ratio increases. The void cavity prevents the heat transfer between the PCM zone and canister wall. The void cavity blocks the processes of both melting and solidification during cycle orbital periods.     

热管式吸热器单元热管传热的数值模拟分析

热管式吸热器的热性能分析对吸热器设计有着重要意义，但由于其相变过程与热管传热的耦合作用十分复杂，至今仍是很少有人深入研究的领域。本文基于焓法建立单元热管耦合传热的物理和数学模型，模拟计算了热管壁温、蓄热容器壁温、循环工质出口温度及相变材料熔化率等参数，并与基本型吸热器进行比较，验证了热管吸热器明显改善了温度分布的均匀性和相变材料的熔化率。     

非共晶相变材料应用于太阳能吸热蓄热器的数值分析

通过计算分析发现对于目前的吸热蓄热器结构，采用相变发生在一个温度区间的非共晶熔盐混合物作为相变材料可以较好的提高吸热蓄热器的整体性能。主要表现在明显地提高相变材料的利用率、减小换热管工质出口温度波动、减小容器表面最大温度及容器表面温度变化，经过合理的设计还可以减小整体系统的质量。分析结果可以作为吸热器设计的参考。     

Thermal performance analysis on unit tube for heat pipe receiver

To reduce the mass and improve the thermal performance of the heat receiver, a heat pipe receiver was researched for the space solar dynamic power system. Corresponding mathematical and physical models were built, and a method was devised to provide a numerical equation by which the temperature of the containment canister outer wall, heat pipe wall temperature, working fluid exit temperature and the liquid PCM fraction of the total heat transfer tube were calculated and compared with those obtained from the baseline heat receiver. The results show that it is possible to improve receiver performance, to reduce the fluctuation of the working fluid temperature and to decrease the weight of the heat receiver.     

相变胶囊堆积形态对蓄热系统性能的影响分析

建立相变蓄热胶囊的三维有序及无序堆积模型,在此基础上分析相变蓄热胶囊有序及无序对蓄热系统特性的影响。通过对蓄热系统的蓄热量、蓄热用时、蓄热效率及系统内温度分布等关键性能指标情况分析,提出一种判定蓄热终点的新方法。结果表明:当采用有序堆积时系统的各项性能指标最优,叉排堆积时蓄热效率最低,而无序堆积时蓄热总量最少。另外,换热流体流速增加可加快蓄热过程,但此时蓄热系统蓄热效率较低。