不同结构金属翅片对石蜡相变传热的影响

分别将两种金属翅片(翅片1、翅片2)加入纯相变材料(石蜡),制备复合相变材料1、复合相变材料2。容纳石蜡的方腔长×宽×高为20 mm×10 mm×20 mm,翅片1的长×宽×高为15 mm×10 mm×1 mm,翅片2是在翅片1的基础上增加6个直径为3 mm通孔,金属翅片设置在方腔内部,垂直于左壁面平行布置。石蜡的初始温度为298.15 K,相变开始之前石蜡为固态。方腔左壁面为加热面,温度恒定为338.15 K,其余各面为绝热面。采用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟方腔内石蜡的相变过程,分析加热过程中纯相变材料、复合相变材料的液相率分布、液相率随时间变化、速度场分布。纯相变材料内,在导热和对流换热的共同作用下,石蜡从左上角开始熔化直至右下角石蜡完全熔化。方腔内金属翅片的加入可改善熔化过程的均匀性,缩短了熔化时间。纯相变材料、复合相变材料1、复合相变材料2石蜡完全熔化时间分别为302、106、90 s,复合相变材料1、2比纯相变材料完全熔化时间缩短了约64%、70%,复合相变材料2比复合相变材料1完全熔化时间缩短了约15%。在石蜡熔化初期,主要以导热为主,复合相变材料...     

含穿孔翅片腔体中石蜡相变传热特性研究

由于相变材料传热性能差，添加翅片可以改善其传热性能。本文采用数值模拟方法研究了在石蜡中添加交叉翅片骨架的复合相变材料的热性能，分析了复合相变材料的温度变化、熔化过程和骨架在不同方向穿孔及大小对复合相变材料热行为的影响。结果表明，横小纵大穿孔骨架对复合相变材料热性能提升显著，在节约材料的同时，增加了方腔蓄热量，与纯石蜡相比，复合相变材料的熔化时间缩短了56%。交叉穿孔翅片方腔中表现为大环流伴随小环流的流动特征，铝骨架与石蜡温度特征点处会出现沉积现象，造成温度波动。     

翅片管式蓄热器固液相变传热特性的实验研究

本文设计搭建了固液相变蓄热实验测试系统,研究翅片管式蓄热器内部的固液相变传热性能,获得了固液相变过程中相变材料区域以及翅片径向,轴向方向上的温度变化,重点讨论相变材料区域的温度变化及翅片对固液相变过程的影响规律。研究结果表明,相变材料区域熔化过程可分成初始升温期,相变平缓期,加速升温期,温度饱和期四个阶段,翅片区域的温度变化则经历了快速升温、温度平缓、缓慢升温三个阶段。在翅片温度变化平缓期,其周围的相变材料处于固液相变期间,当翅片温度开始缓慢升温时,其附近的相变材料区域已处于液体状态。在固液相变发生前,翅片上轴向温度分布较均匀,在整个相变过程中,系统轴向方向相变区域的温度分布较为均匀。     

金属翅片、骨架强化石蜡相变传热的数值模拟

在充满相变材料(石蜡)的矩形腔体内分别添加金属翅片、金属翅片和金属骨架,采用模拟方法研究纯石蜡方腔、含翅片方腔、含翅片(即金属翅片)-骨架(即金属骨架)方腔对腔体内石蜡相变传热的影响。3种方腔内的相变传热过程均为导热与自然对流传热共同作用。含翅片-骨架方腔中的石蜡熔化速率最快,且完全熔化时间最短。含翅片方腔中的石蜡熔化速率最慢,完全熔化时间最长。纯石蜡方腔中的石蜡熔化速率与完全熔化时间居中。相同加热时间,含翅片-骨架方腔的中心线温度分布最均匀,且高于其他两种方腔。含翅片-骨架方腔的中心线平均温度最先达到稳定,然后是纯石蜡方腔,最后是含翅片方腔。在3种方腔中,含翅片-骨架方腔有利于加速石蜡熔化速率,缩短熔化时间。含翅片方腔阻碍自然对流传热,不利于石蜡的相变传热。     

含不同结构金属骨架石蜡相变传热数值模拟

分别将2种三维金属骨架(面中心法金属骨架,圆柱交叉金属骨架)加入纯相变材料(石蜡)制备复合相变材料1,2。采用数值模拟方法,模拟相变传热过程,分析加热过程纯相变材料,复合相变材料的温度变化,液相率变化,速度场分布。容纳石蜡的方腔长×宽×高为5 cm×2 cm×5 cm,方腔左壁面为加热面,温度为65℃,其他壁面绝热。纯相变材料,复合相变材料的初始温度均为25℃。相同加热时间,复合相变材料的平均温度明显高于纯相变材料。对于纯相变材料,热量向方腔右侧壁面传递缓慢,加入金属骨架可加速热量向方腔右侧壁面传递。相同加热时间,复合相变材料的液相率明显高于纯相变材料。在加热初期,复合相变材料1液相率更高,添加面中心法金属骨架更有利于加速相变蓄热。纯相变材料内部传热由导热和自然对流传热共同作用形成。复合相变材料内部的传热也是由导热与自然对流传热共同作用形成。相同加热时间,复合相变材料1的液相区域要大于复合相变材料2,且相变更加均匀。对于纯相变材料,熔化过程中,石蜡的流动主要集中在加热面附近及左上角,角化现象明显。对于复合相变材料,在接近完全熔化及完全熔化状态,固态石蜡基本熔化完成,方腔内液态石蜡温度基本趋于一致,自然对流强度减弱,复合相变材料1,2内石蜡的流动并不明显。与复合相变材料2相比,复合相变材料1的速度场分布更加均匀。面中心法金属骨架的综合性能更优,适合作为相变材料的强化传热金属骨架。     

环形通道中蓄能物质的相变传热特性实验研究

搭建了环形通道式相变蓄热实验台。以石蜡为相变材料,实验研究了相变材料蓄热过程的传热特性。利用红外热成像技术,获得了相变材料相变蓄热过程中的温度分布及相变界面位置随时间的变化规律。研究结果表明:加热温度越高,相变材料内部自然对流现象出现得越早,完成相变的时间越短;沿管长方向各截面的熔化传热规律相近;热源的流量对石蜡蓄热特性影响不大;随着Stefan数的增大,熔化所需的时间显著减少;加热初期等温线沿着加热内壁呈同心圆分布;随着时间的推移,浮升力引起的自然对流使热流体上升,通道截面上部的等温线呈椭圆状,熔化速度明显增加。自然对流对环形通道内的相变影响较大,在数值计算中不容忽略。     

新型平板热管蓄热装置固—液相变过程数值模拟

本文建立了新型平板热管相变蓄热装置的模型,利用数值模拟软件Fluent 6.2.16对以石蜡作为相变材料的融化过程进行了详实的研究,得到了相变材料的温度场和液相体积分数随时间的变化情况,分析了相变界面的变化规律。同时对不同翅片尺寸、不同传热温差下的传热情况进行了对比,得到了其对传热过程的影响规律。     

套管式相变蓄热器内管排列方式和壁温的影响

以卧式套管式相变蓄热器为研究对象,该装置由外管、4根相同的内管、相变材料石蜡组成。外管半径为50 mm,长度为480 mm,内管半径为10 mm,长度为500 mm。外管套在4根内管外面,内管两端连接传热流体,外管和内管之间的封闭空间封装着石蜡。由于管长较短,假设传热流体进出口温度基本相同,将蓄热器简化为二维模型。通过COMSOL Multiphysics软件对二维模型进行求解,模拟当内管以正方形、菱形1、菱形2排列时,观察石蜡的熔化过程和凝固过程,分析不同排列方式对相变蓄热器传热的影响。选取传热效果最好的正方形排列方式,模拟不同内管壁温对石蜡熔化和凝固过程的影响,分析不同内管壁温对相变蓄热器传热的影响。结果表明:内管不同排列方式时,正方形排列石蜡熔化和凝固所需时间最短;正方形排列的内管壁温从313 K增加到323 K、333 K时,完全熔化时间分别缩短了43. 57%、57. 14%,内管壁温从293 K下降到283 K、273K时,完全凝固时间分别缩短了47. 57%、59. 97%。     

套管封装相变材料准稳态传热模型研究

本文建立了套管封装相变材料的准稳态简化传热模型,对定温边界条件下相变套管凝固、熔化过程的传热特性进行了模拟分析。进一步将准稳态简化模型的模拟结果与套管封装相变材料CFD数值传热模型的计算结果进行对比分析。结果表明,在相变过程中,准稳态简化模型计算的套管内工质(不流动)的温度与通过内、外套管表面热流及其变化趋势与数值计算结果一致,温度平均误差小于0.5℃,热流平均误差小于10%,模型准确性较好。准稳态简化传热模型的计算时间不到数值模型计算时长的1%,计算效率高,易于嵌入建筑热湿软件包进行集成模拟分析。     

含纳米颗粒石蜡物性参数对玻璃窗蓄热的影响研究

运用FLUENT模拟软件,建立了相变玻璃窗的动态传热数理模型,采用控制变量法,在不同相变温度、相变潜热、导热系数物性参数条件下,研究了夏冬两季双层玻璃相变窗内壁面热流随时间的变化情况,得到了相变材料物性参数对双层玻璃相变窗蓄热的影响。研究结果表明,相变材料的相变潜热和相变温度的升高在夏季可以明显增强隔热效果,改善玻璃窗的蓄热能力,在冬季影响较小;导热系数变化在冬夏两季均对传热性能影响较小。     

泡沫铜/石蜡复合相变材料融化过程的换热特性

为了研究强化相变蓄热器的换热情况,搭建了矩形腔体内填充泡沫金属/石蜡的实验台,在恒壁温条件下,进行了泡沫金属/石蜡复合相变材料的融化蓄热实验.根据实验数据绘制了不同加热温度下石蜡内部温度随时间变化曲线,分析了腔体内自然对流对温度分布的影响、传热温差对蓄热时间的影响.结果表明,泡沫金属的高导热性能强化了石蜡在腔体内的融化...     

Numerical modeling of thawing in frozen rocks of underground mines caused by backfilling

The thawing effect due to backfilling in permafrost mining rocks is investigated. The heat transfer equation in rock and backfill is obtained by considering the effect of phase change, heat generation due to cement hydration and temperature dependent material properties. The governing equations are solved using a finite volume numerical method and the phase change phenomenon is modeled based on the manipulation of specific heat, thermal conductivity and density of rock and backfill. The harmonic mean method was employed to handle the change of thermal properties. The effects of different influential parameters such as cement content of backfill, water content of rock and backfill, thermal conductivity of rock and filling material, and the number of adjacent stopes are investigated. Eventually, using the resulting temperature and phase field, a new parameter regarded as the radius of thawing, is introduced.     

使用泡沫铜增强相变材料换热性能的实验研究

针对有机相变材料(PCM)导热系数较低的缺点,通过实验研究了添加通孔泡沫铜金属材料增强相变材料导热系数的方法。选择脂肪酸二元低共熔混合物相变材料作为蓄热介质,通过对其进行DSC测试分析,得到其相变温度和相变潜热。对壳管式潜热蓄热系统填充介质为纯PCM与PCM/泡沫铜复合相变材料两种工况下的熔化过程进行对比实验研究。实验数据表明,与纯PCM蓄热系统相比,添加泡沫铜的蓄热系统换热性能得到增强,整个蓄热器内PCM达到相变温度的时间仅为纯PCM系统的22.5%。     

基于内融冰的蓄冰槽蓄冰和融冰模型

分析了内融冰顺排盘管式蓄冰槽蓄冰过程中的相变传热，提出简化假设，并在此基础上建立了管束模型。利用热阻网络法，对模型进行计算分析。在改变蓄冷槽换热管的材料，管径，管间距及不同进口参数的情况下，分析了蓄冷槽结构和工况对蓄冰，融冰性能的影响。     

单U形地埋管换热特性及热作用半径数值分析

针对影响U形地埋管换热能力及热作用半径的典型因素,采用模拟分析,得到了不同入口水温、管内流量、回填料导热系数、岩土体导热系数、体积热容条件下,埋管单位井深换热量和平均热作用半径随之变化的规律。结果表明:地埋管的换热量与入口温度、岩土体导热系数及单位体积热容呈线性变化,与入口流量和回填料导热系数呈指数形式变化,通过拟合分析出单位井深地埋管日平均换热量与五个因素的回归方程;在热物性参数中热扩散系数对地埋管的平均热作用半径影响最显著。     

新型相变储能建筑材料的制备试验研究

通过实验得出了石蜡复合体系的相变温度、相变潜热值;对比了陶粒、高性能吸附剂对石蜡的吸附能力;测试了掺入相变储能骨料的水泥试件的强度、导热性能。结果表明：经过比较,低熔点的52号石蜡与27号液体石蜡的复合体系的相变温度低．热焓值更大;高性能吸附剂对石蜡的吸附性比陶粒更好;掺入适量的相变储能骨料对水泥试件的导热性没有很大影响,但在一定程度上会降低试件的强度。     

Numerical simulation of phase change heat transfer of a solar flat-plate collector with energy storage

The technical feasibility of an innovative solar collector is studied in this paper. A phase change material (paraffin) is used in the solar collector to store solar energy. This type of system combines both collection and storage of thermal energy into a single unit. The major advantages of the phase change stores are their large heat storage capacity and isothermal behavior during the melting and solidifying processes. A negative aspect of paraffin is its low thermal conductivity which increases the melting and solidifying time for paraffin energy storage. In this paper, new aluminum foams infiltrated with paraffin are presented. It presents a two dimensional model describing the melting and solidifying processes of paraffin while accounting for both phase change heat transfer and natural convection. Apparent heat capacity method was used to simulate the melting and solidifying processes of paraffin. The simulation results show that the motion of the hot liquid paraffin plays an important role in increasing the heat transfer between paraffin and top surface of solar collector. The shape profile of the pure paraffin solid-liquid interface is determined by the synergistic relationship between its temperature and velocity field. Though aluminum foams impregnated with paraffin will limit motion of the hot liquid paraffin, the heat transfer ability is greatly improved. The distributions of the temperature in the paraffin with aluminum foams are more homogeneous compared with that of the paraffin without aluminum foams. Thus, use of aluminum foams infused with paraffin improves heat transfer and enhances paraffin’s melting and solidifying rates.     

Performance of phase change material boards under natural convection

The high thermal storage capacity of phase change material (PCM) can reduce energy consumption in buildings through energy storage and release when combined with renewable energy sources, night cooling, etc. PCM boards can be used to absorb heat gains during daytime and release heat at night. In this paper, the thermal performance of an environmental chamber fitted with phase change material boards has been investigated. During a full-cycle experiment, i.e. charging–releasing cycle, the PCM boards on a wall can reduce the interior wall surface temperature during the charging process, whereas the PCM wall surface temperature is higher than that of the other walls during the heat releasing process. It is found that the heat flux density of the PCM wall in the melting zone is almost twice as large as that of ordinary wall. Also, the heat-insulation performance of a PCM wall is better than that of an ordinary wall during the charging process, while during the heat discharging process, the PCM wall releases more heat energy. The convective heat transfer coefficient of PCM wall surface calculated using equations for a normal wall material produces an underestimation of this coefficient. The high convective heat transfer coefficient for a PCM wall is due to the increased energy exchange between the wall and indoor air.