螺旋凹槽蓄热球凝固传热过程数值模拟研究

为了提高蓄热装置内相变球的放热效率，该文设计了一种表面有螺旋凹槽的相变球并建立了三维模型，用ICEM CFD进行网格划分，完成网格无关性验证后，在fluent中分别数值模拟了一种基于螺旋凹槽相变球和光滑相变球的相变储热装置在进口温度T_in=313 K，进口流速u=0.15 m/s，初始温度T₀=353 K工况下的放热过程，得到了放热过程中相变材料（PCM）温度、液相率和平均表面传热系数随时间的变化曲线，截取了放热过程中某一时刻的水流速度矢量图和液相率云图，并探究了入口流速对PCM凝固时间的影响。研究结果得出：与光滑相变球蓄热装置相比，凹槽相变球蓄热装置内PCM凝固时间缩短了20%，放热时间缩短了37.5%。且入口流速较小时，提高入口流速可有效提高PCM凝固效率。