相变材料与热边界相对位置对环形单元熔化传热影响规律的数值分析

在保证相变材料质量与加热面尺寸一定的条件下,分别设计外环加热与内环加热2种环形相变单元,采用焓-多孔介质模型对相变传热过程进行模拟,并通过实验验证该文数值计算方法的正确性。在此基础上,针对22种单元进行65、75、85℃这3种定壁温边界下的数值模拟,对其熔化速率和典型位置温度进行对比分析。研究结果表明:在3种温度边界条件下,外环加热单元与内环加热单元熔化分数随时间变化曲线均存在交点,随温度的升高熔化分数交点分别为90%、88%及84%。在交点以下,内环加热设计方案中的相变材料融化更快,在交点以上则结果相反。边界温度升高对外环加热单元底部相变材料温升影响最大,其在相变材料完全熔化时间上优势更明显。     

内径尺寸对环形相变蓄热单元熔化特性影响规律的数值分析

为掌握外壁面等温加热、内壁面绝热的环形单元内径尺寸对单元内相变材料熔化传热特性的影响规律,采用焓-多孔介质模型对外径尺寸固定不变条件下的5种不同内径尺寸的水平环形单元熔化传热过程进行数值模拟分析。研究结果表明,当外径与内径之比N在2.0≤N≤2.5内时,各单元内传热机制发展相近,内径对平均储热速率的影响较小;1.5≤N2.0时,N值越小(即内径越大),单元内传热机制由导热转变为自然对流的进程越早,其平均储热速率越大,且边界温度越高;1.5≤N2.0时,内径对单元平均储热速率的影响更加明显。当边界温度为85℃,N从2.5减至1.5,平均储热速率提升达15%。此外,通过多项式拟合得到单元熔化分数f关于Ste、Fo、Ra的准则式为:f=0.1193+0.9057X+6.2058X~2-8.7922X~3,式中X=Ste·Fo·Ra~(0.05)。