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。     

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。     

金属骨架断面对石蜡相变传热影响的模拟分析

以填充金属骨架的矩形石蜡方腔作为研究对象,分别选取完整方腔、单纵向断面(纵向断面与高温壁面平行)方腔、3纵向断面方腔、单横向断面(横向断面与高温壁面垂直)方腔,模拟分析金属骨架断面对石蜡熔化速率、金属骨架导热强化效果的影响。固态石蜡完全熔化时间由短到长的排序为：完整方腔、单横向断面方腔、单纵向断面方腔、3纵向断面方腔,完整方腔与单横向断面方腔的固态石蜡完全熔化时间接近。当腔体高温壁面与金属骨架断面平行时,断面对方腔内固态石蜡完全熔化时间影响极大：较大的断面宽度使熔化速率在固态石蜡熔化过程中出现明显下降;断面数量越多,固态石蜡完全熔化时间越长。当腔体高温壁面与金属骨架断面垂直时,断面对方腔内固态石蜡完全熔化时间几乎没有影响。当腔体高温壁面与金属骨架断面平行时,断面削弱金属骨架的导热强化作用。当腔体高温壁面与金属骨架断面垂直时,断面对金属骨架的导热强化作用基本没有影响。     

翅片排布方式对矩形腔相变材料熔化的影响

以填充石蜡的矩形腔(分为无翅片矩形腔、带翅片矩形腔)为研究对象,建立数学模型。采用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟矩形腔内石蜡的熔化行为,分析不同翅片排布方式对石蜡熔化行为的影响,筛选有利于增强石蜡熔化的翅片排布方式。矩形腔右侧壁面为受热面,其他3个面为绝热面,带翅片矩形腔的翅片设置在受热面内侧。在翅片数量(3个翅片)、间隔不变的前提下,保持矩形腔内翅片总长度不变,设置4种翅片排布方式。排布方式1:每个翅片长度均为32 mm。排布方式2:自下而上的翅片长度分别为41、32、23 mm。排布方式3:自下而上的翅片长度分别为23、32、41 mm。排布方式4:自下而上的翅片长度分别为29、38、29 mm。对于无翅片矩形腔,在自然对流传热作用下,右上角的石蜡最先熔化,然后熔化部分向矩形腔中心扩散,直至矩形腔左下角石蜡完全熔化。矩形腔增加翅片可有效改善石蜡熔化的均匀性,缩短了矩形腔内石蜡的熔化时间。排布方式2对改善矩形腔内石蜡熔化均匀性的效果最理想,石蜡完全熔化的时间最短。相同受热时间下,带翅片矩形腔内石蜡的液相面积比(液相石蜡面积与矩形面积之比)明显高于无翅片矩形腔。无翅片矩形腔内石蜡完全熔化的受热时间为3 522 s,带翅片矩形腔翅片排布方式1～4的石蜡完全熔化的受热时间分别为1 874、1 674、2 082、1 910 s。将等长翅片的排布方式1作为基准,评价其他3种翅片排布方式对矩形腔内石蜡熔化的增强作用。翅片排布方式2对矩形腔内石蜡熔化的增强作用明显,增强作用集中在熔化过程的中后期。排布方式3、4起到了相反作用。     

含翅片矩形腔体内相变材料传热特性研究

相变材料低导热特性影响相变传热进程,添加金属翅片可有效提高相变材料传热速率.本文通过使用有限元软件模拟相变材料的熔化过程.通过改变翅片高度、翅片厚度、翅片个数、加热壁面的温度以及将铝片换为导热性能更好的铜片来研究相变材料熔化过程.研究结果表明:增加翅片高度、翅片个数和提高热源壁面温度对强化换热效果具有显著的作用,增加翅...     

体积占比不同的组合式石蜡相变传热数值模拟

石蜡组合式腔体的长、宽、高均为30 mm,内部用两个长30 mm、宽1.5 mm、高30 mm的铜板分割成3个腔体层,每个腔体层填充不同相变温度的石蜡.组合式腔体左壁面为加热面,其余壁面均绝热.在组合式腔体长、宽、高均不变的情况下,通过改变各腔体层的宽度来改变石蜡的体积占比,共设置7种排布方式.排布方式1:各腔体层均填...     

金属骨架结构对相变材料熔化过程的模拟研究

将金属骨架加入到纯相变材料(石蜡)制备复合相变材料,以纯相变材料、复合相变材料为研究对象,建立数学模型。采用有限元软件模拟相变材料的熔化过程。结果表明：均匀、x、y、z-复合相变材料完全熔化时间分别为460 s、660 s、460 s、470 s,减小x方向圆柱骨架半径可使完全熔化时间增加43%,减小y方向的圆柱骨架半径对完全熔化时间无影响,减小z方向圆柱骨架半径可使完全熔化时间增加2%。在相同时间内,复合相变材料的液相率明显高于纯相变材料,纯相变材料、均匀、xy-复合相变材料完全熔化时间分别为1 245 s、460 s、355 s,均匀、xy-复合相变材料的完全熔化时间分别比纯相变材料缩短了63.1%、71.5%。研究表明,金属骨架的加入可明显改善换热状况,xy-复合相变材料在强化换热方面优于均匀-复合相变材料。     

基于Ansys的相变墙体传热特性计算分析

基于Ansys软件建立数学模型,计算分析了不同厚度相变储能材料、不同相变墙体结构的传热特性.计算结果表明,相变储能材料越厚,相变墙体内层与室内环境界面温度随外界温度变化幅度越小,能够有效降低室内空调设备的能耗;相变储能材料厚度一定时,不同结构的相变墙体从节能降耗角度差别不大:相变储能材料位于墙体中心位置时节能效果较好.     

不同梯度尼龙骨架对相变材料传热过程的影响

在纯相变材料中分别加入7种不同梯度的尼龙骨架,建立7种复合相变材料(XZ正梯度、XZ负梯度、均匀无梯度、X正梯度、Z正梯度、ZX正梯度、ZX负梯度)的三维模型,通过数值模拟方法研究不同梯度尼龙骨架对相变材料传热过程的影响。采用有限元法模拟矩形腔内石蜡的相变过程,分析加热过程中复合相变材料的液相率分布、温度变化、内部温度均匀性。结果表明：含尼龙骨架的矩形腔与纯相变材料相比,尼龙骨架起到阻碍自然对流的作用,隔热效果更好;沿次对角线方向孔隙率依次增大的尼龙骨架更有利于增强相变夹层的隔热效果;沿次对角线方向孔隙率依次增大的尼龙骨架升温最慢且内部均匀性最差,适合作为墙体内相变夹层中的梯度骨架结构。     

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...     

翅片管簇式相变蓄热器的实验研究

设计了一种翅片管簇式相变蓄热器,对其进行实验研究。翅片管簇式相变蓄热器能有效地解决相变蓄热装置放热过程时间长、换热效率低的问题,具有很好的工程应用潜力。     

相变材料在太阳能热泵系统的应用

介绍了相变材料在太阳能热泵系统中的应用现状,开发适用于太阳能热泵系统的脂肪酸类相变材料。以某太阳能空气源热泵系统为研究对象,在蓄热水箱中安装相变蓄热装置,满足夜间值班供暖热负荷。与安装相变蓄热装置前比较,系统的动态费用年值下降,经济性提高。     

纵向翅片扁管的传热性能分析

本文运用FLUENT软件对纵向翅片扁管进行数值模拟,对翅片的长度、高度、间距在不同进口参数下翅片表面的传热和流动性能进行比较,得出有效翅片长度受速度的影响,翅片间距与换热系数成正比,与空气流道压降成反比。为强化纵向翅片扁管传热提供参考。     

矩形翅片变形片翅片效率的数值解与性能分析

利用有限元方法对矩形翅片及三种几何变形片的翅片效率进行了数值求解, 求解结果经回归整理得出效率计算公式。数值计算结果表明,B2 形片虽然换热性能优于平片,但其翅片效率低于平片。C、D 形片翅片效率高于平片,且换热性能也优于平片。本文结果对高效换热翅片的优化设计研究有重要意义     

百叶窗翅片传热特性的数值模拟

为研究百叶窗翅片空气侧的传热和流动特性,建立了换热器的三维模型并进行数值模拟,通过计算得出传热与阻力特性与实验关联式吻合较好;同时对不同百叶窗倾角和百叶窗间距的模型进行了计算,比较发现倾角为27°的百叶窗翅片的传热最好;翅片间距不同,对应的传热最好的百叶窗间距不同;阻力随着百叶窗倾角和百叶窗间距的增大而增大.计算结果为换热器优化设计提供了依据.     

矩形平翅片变形片的换热与阻力实验研究

提出了三种矩形平翅片的几何变形片, 以矩形平翅片管作为比较对象, 在吸风式直流风洞中进行了开口（ 孔） 侧背风等六种方案的空气外掠单排翅片管的对比性实验研究,得到了具有实用价值的结论。实验证实：在最窄截面风速 Ｕｍａｘ ＝ ３ ～９ ｍ／ｓ 的范围内,ｂ型翅片管在孔侧迎风时, 平均当量换热系数比平翅片管提高了１３ ．４ ％ ; 孔侧背风时, 提高了１１ ％ ,是三种片型中的最优形状。该片型是一种换热性能优异,具有深入研究价值的片型。     

三套管相变蓄能换热器蓄释能性能实验研究

介绍了三套管相变蓄能换热器结构,建立了实验台,对其蓄释能性能进行了研究。对实验结果进行回归拟合,拟合结果与实验值的相对误差在可接受范围。三套管相变蓄能换热器可实现有效的换热,蓄释能性能优良。