石蜡相变蓄热过程数值模拟

相变材料（PCM）相变过程的传热特性对潜热储存过程的有重要的影响．对一种圆环形柱体石蜡相变蓄热材料,分别建立了忽略液相自然对流和考虑液相自然对流相变过程的数学模型,采用FLUENT软件对其蓄热熔化过程进行数值模拟,获得石蜡熔化过程温度场分布、熔化时间以及相界面移动规律,并数值计算了石蜡水平放置和竖直放置时,熔化过程的熔化时间和温度分布．对比两种模型的模拟结果表明,当石蜡材料厚度大于40mm,熔化过程中液相中自然对流作用对熔化过程有较大的影响．     

套管式太阳能相变蓄热器强化传热数值模拟

因太阳能相变蓄热技术节约资源、保护环境,符合我国目前的能源发展要求,而受到研究人员的关注。而太阳能具有间歇性、不稳定等特点增加了其利用的难度。通过有限元数值分析方法对套管式相变蓄热器进行模拟,探究相变材料(phase change materials, PCM)在太阳能相变蓄热器中的作用。结果表明,添加膨胀石墨可大幅度提升太阳能蓄热器的蓄放热效率。相比于传统石蜡蓄热,在入口速度、环境温度等初始条件相同时,添加质量分数为20%的膨胀石墨的石蜡蓄热时长缩短了91.11%,起到强化传热的效果。该研究为研制太阳能热水器、高效换热器及建筑节能和其他领域的热能储存等提供重要参考。     

膨胀石墨/石蜡定形相变蓄热太阳能集热器传热行为模拟分析

太阳能光热利用是解决能源危机及环境问题的有效途径之一.基于高导热定形相变材料的太阳能集热器可以实现集热、热量输运及储能于一体,有效实现高效太阳能光热利用.以石蜡(PA)为相变储能材料,膨胀石墨(EG)作为支撑材料及导热和光吸收添加剂,制备了兼具高效光热转换、快速热量输运和高密度能量储存的EG/PA定形相变材料用于蓄热太...     

矩形蓄热单元内石蜡的相变传热特性

为掌握蓄热单元内相变材料(phase change material, PCM)的传热特性,提高相变换热器的传热效率,采用焓-孔隙率模型,利用FLUENT软件对石蜡在矩形蓄热单元内的传热过程进行数值模拟,引入单元液相分数β及无量纲Fo、Ste和Ra分析圆管外不同位置处石蜡的蓄/放热规律及换热流体入口温度不同对石蜡蓄/放热过程的影响规律。结果表明:圆管外石蜡的总体熔化快慢按照上部、左/右部、下部的顺序进行,且上部比其它部分完成熔化所需时间缩短20%以上;放热过程中,圆管外石蜡的总体凝固快慢按照下部、左/右部、上部的顺序进行。矩形壳体内PCM蓄热过程的传热机制由导热逐渐过渡为自然对流。增加换热流体与石蜡之间的温差能显著提高蓄放热效率。通过多项式拟合得到关于β的准则关系式。     

矩形蓄热单元内石蜡的相变传热特性

为掌握蓄热单元内相变材料(phase change material, PCM)的传热特性,提高相变换热器的传热效率,采用焓-孔隙率模型,利用FLUENT软件对石蜡在矩形蓄热单元内的传热过程进行数值模拟,引入单元液相分数β及无量纲Fo、Ste和Ra分析圆管外不同位置处石蜡的蓄/放热规律及换热流体入口温度不同对石蜡蓄/放热过程的影响规律。结果表明:圆管外石蜡的总体熔化快慢按照上部、左/右部、下部的顺序进行,且上部比其它部分完成熔化所需时间缩短20%以上;放热过程中,圆管外石蜡的总体凝固快慢按照下部、左/右部、上部的顺序进行。矩形壳体内PCM蓄热过程的传热机制由导热逐渐过渡为自然对流。增加换热流体与石蜡之间的温差能显著提高蓄放热效率。通过多项式拟合得到关于β的准则关系式。     

泡沫金属相变材料凝固传热过程的数值分析

利用计算流体力学软件FLUENT凝固/熔化模型,对填充以及未填充泡沫金属的2种相变材料蓄热球的相变传热过程进行数值模拟研究,得到了在第1类边界条件下蓄热球放热过程中的温度场分布、相界面移动规律。研究结果,表明与单纯填充相变材料的蓄热球相比,填充泡沫金属的相变材料蓄热球可以有效减少其放热时间,提高蓄热系统的放热速率。     

水雾/蒸汽相变冲击冷却的数值模拟

利用ANSYS-CFX软件对T.Wang等人实验研究的水雾/蒸汽相变冲击冷却系统进行了数值模拟.并与蒸汽单相冲击冷却数值计算结果进行比较,数值研究水雾对冷却的强化作用.相变计算过程中,蒸汽作为连续相,直径为5 μm的水滴作为离散相;水滴在接近高温壁面过程中吸收汽化潜热,发生相变,变为水蒸气,以此达到强化冷却的作用.数值分析结果与实验数据比较接近,壁面加热热流为3 000 W/m2,加入4%浓度水滴的结果表明,由于水雾的作用在滞止点附近热传导系数比蒸汽单项冷却提高130%左右,在远离滞止点区域冷却效果减弱,在距离滞止区6倍喷射宽度时,冷却效果减少到可以忽略的水平;水滴的汽化吸收的热量对于冷却作用的贡献比较大.     

电动汽车动力电池组相变材料冷却的数值模拟

为了进一步优化动力电池组相变冷却方式的冷却效果,设计了一种相变材料耦合冷却结构。在利用实验数据验证数值模拟模型准确可靠的基础上,对相变材料冷却结构与相变材料耦合冷却结构的冷却效果进行了稳态与非稳态数值模拟。模拟结果表明:相变材料耦合冷却结构比相变材料冷却结构有更强的冷却能力,其冷却效果好,电池温度均匀性更好,在高放电倍率下表现得更明显。     

铝硅合金凝固组织的数值模拟

通过热焓法处理结晶潜热的二维不稳定热传导方程模拟凝固温度场，利用Scheil模型模拟质量浓度场，提出了枝晶尖端生长动力学修改模型，在温度场模拟与质量浓度场模拟基础上模拟了凝固过程中铝硅合金的组织在计算机上实现了组织形成过程的可视化，模拟结果与实验结果进行比较，两者基本吻合。     

填充泡沫铝防护结构的超高速撞击数值模拟

模仿泡沫金属的生产原理建立了泡抹金属微结构几何模型,结合自编的光滑质点流体动力学程序进行了超高速撞击数值模拟,分别对6种形式的填充泡沫铝防护结构进行了仿真计算,比较了其撞击极限性能.结果表明当泡沫铝处于适当的位置时,填充泡沫铝结构的防护性能优于相同面密度的填充实心铝板结构.通过不同防护结构碎片云特性参数的对比分析表明,...     

石蜡基复合相变储能材料的研究进展

石蜡类有机物用做相变储能材料具有相变焓高、相变温度范围广、价格低等优点,但其较低的导热系数限制了吸／放能效率的提升。添加高导热物质合成复合相变材料,用以强化石蜡类有机相变材料传热能力是非常有前景的研究方向。评述了多种石蜡基复合相变材料的合成方法及热学性能,并展望了石蜡基复合相变材料的发展趋势。     

棕榈酸/石蜡复合相变储能材料

将石蜡(PW)与棕榈酸(PA)熔融超声共混,制备出了一系列PA/PW复合材料。采用瞬态热丝法(SHW,Short-Hot-Wire)测量PA/PW复合材料的导热系数,用差示扫描量热仪(DSC,Differential Scanning Calorimetric)分析复合材料的相变温度(T)和相变潜热(L),采用红外光谱仪(FTIR,Fourier Transform Infrared)对复合物的组成进行表征。复合材料的红外吸收光谱图表明,PW和PA只是简单的物理混合,未生成新物质。复合相变材料的导热系数大致随温度的升高而降低,而在30和50℃左右时由于固-固和固-液相变的作用,导热系数测量值出现了一定程度的升高。复合材料的Ts-s(固-固相变温度)都比PW的略高;与纯PW相比,除PA的质量分数w=35%之外,其他比例复合材料的Ts-l(固-液相变温度)都较纯PW的低;除w=35%的Ls-l(固-液相变潜热)比纯PW的低之外,其他比例复合材料的Ls-l都比纯PW的Ls-l高。     

寒区土壤源热泵带相变温度场数值模拟

根据传热学、渗流理论提出了寒区带相变问题土壤源热泵的数学模型及其控制方程,利用有限单元法对大庆油田某土壤源热泵冬季供暖工况下的传热问题进行了数值模拟和分析。通过与不考虑土壤冻结情况的结果对比,表明在热泵运行初期,由于冰水相变潜热的影响,土壤冻结锋面相对移动慢,土壤降低温度幅度小。随着冻结时间的增加,土壤温度分布逐渐稳定。土壤冻结时产生的相变潜热会影响土壤的传热效果。     

有机相变储热复合材料的储/放热性能研究

以高孔隙率泡沫石墨材料作为骨架在真空环境下吸附石蜡,制备而成新型有机相变储热复合材料。利用HotDisk热常数分析仪和差示扫描量热仪(DSC)研究了其热性能,结果证明复合材料的导热能力得到了极大强化。对分别填充了复合材料和纯石蜡的以水作为热媒的储热槽进行了实验研究,重点考察了两者在储热和放热过程中的温度均匀性、储能速率及泡沫石墨对石蜡相变的影响,同时就泡沫石墨的孔隙率大小对复合材料导热性能和储能速率的影响规律进行了对比分析。研究表明,复合材料的相变温度区间基本不变,导热性能提高了21倍,相变时间缩短了56%以上,相变界面移动加快,储热槽的储热、放热性能和储能密度有了很大提高;不同孔隙率会影响复合材料的导热系数、储能速率和储能容量,在提高储能速率和保证储能容量两者之间,选择孔隙率为91%的泡沫石墨作为复合材料骨架应是一最佳值。     

钾明矾/膨胀石墨定形复合相变材料储热性能研究

选用十二水硫酸铝钾(钾明矾)为相变材料,采用化学改性后的膨胀石墨为支撑材料,利用"熔融共混-凝固定形"法制备了定型复合相变材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热分析仪(DSC)和热重分析仪(TGA)分别研究了样品的微观形貌、相变焓及其熔化过程。改性膨胀石墨质量分数为20%的样品能够均匀吸附大量相变材料。DSC分析结果表明,其熔点和熔融焓分别为84.39 ℃和473.52 kJ/kg。经过50次的充放热循环测试,改性膨胀石墨质量分数为20%的样品的熔融焓仅下降7.48%。改性膨胀石墨与钾明矾具有良好的相容性。充放热测试表明,该复合相变材料具有良好的循环稳定性,是一种性能优良的相变热储存材料,在建筑物节能领域和太阳能热利用中具有广阔的应用前景。     

三相泡沫在采空区中渗流特性的数值模拟

为研究三相泡沫在采空区中的渗流特性,运用计算流体力学软件对三相泡沫在多孔介质中渗流的各种参数进行了数值模拟.结果表明三相泡沫以入口速度为5m/s在采空区中做渗流流动时,散热带渗流速度分布在0～2.1 mm/s区间内,氧化升温带渗流速度分布在0～0.09mm/s区间内,窒息带速度分布在0～7.2 μm/s区间内.证明了三相泡沫在采空区运移过程中,具有很强的堆积和扩散特性.根据模拟结果运用3D max的动画功能对三相泡沫在采空区中的渗流特性进行了仿真演示.     

石墨填充复合相变储能材料导热性能和稳定性能研究

以三水醋酸钠作为储能单元、环氧树脂为载体制得复合相变储能材料,它在熔点温度时表现出很强的稳定性和储能效果.通过向复合相变储能材料中添加导热率高的且具有多孔吸附性的膨胀石墨,可进一步提高导热性能和密封性能.结果表明,当三水醋酸钠质量分数为60％,膨胀石墨为5％时,相变储能材料相变焓为148.5 J/g,导热率为0.891 W/(m℃),且稳定性良好.