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。     

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1的液相率高于复合相变材料2,随着石蜡的熔化,自然对流作用逐渐显现,复合相变材料2的液相率逐渐高于复合相变材料1。纯相变材料熔化过程中,石蜡的流动主要集中在加热壁面和相变界面处,角化现象明显;复合相变材料1内,石蜡的流动靠近翅片的顶端以及上,下壁面靠近加热壁面处,呈局部流动;复合相变材料2内呈现环状流动趋势,比复合相变材料1内石蜡流动现象更加明显,自然对流换热效果更强。     

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。     

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.     

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。     

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...     

梯度骨架对相变材料传热特性影响模拟研究

对7种梯度(指沿指定方向多孔介质骨架体积占比的变化率)复合相变材料(添加多孔介质骨架的相变材料,长×高×宽为7.0 cm ×7.0 cm ×1.4 cm)的融化速率、蓄热速率、内部温度均匀性进行模拟研究。多孔介质骨架体积占比由孔隙率表征,孔隙率越大说明占比越小。沿对角线方向孔隙率变大的复合相变材料融化速率最快。高温壁面侧骨架体积占比越大,越有利于加快蓄热速率。沿对角线方向孔隙率变大的复合相变材料内部温度均匀性最佳。沿对角线方向孔隙率变大的复合相变材料综合性能最优。     

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。     

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...     

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。     

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。     

泡沫金属/石蜡复合相变材料蓄热过程的数值模拟

建立了矩形腔体内填充泡沫金属/石蜡的二维蓄热模型,运用体积平均理论建立了数学模型,模拟得出泡沫金属基体填充石蜡的融化过程温度场、流场及相界面移动规律,并比较了有无泡沫金属,不同孔隙率对石蜡融化过程的影响。     

一种相变储能设备的强化传热数值研究

提出了采用铝片强化相变储能设备传热的新方法,并采用软件进行了二维数值模拟,得到了随时间变化的相界面位置、温度分布、表面热流和总凝固时间.从计算结果可以看出铝片结构参数和相变材料导热系数对传热性能的影响.     

平翅片表面流动和换热的数值模拟研究

利用Fluent软件,采用加密的六面体和四面体网格,建立了翅片管式换热器用矩形平翅片的三维物理模型,对空气内掠翅片表面的流动与换热进行数值模拟求解,得到其在不同风速下的速度场、温度场和努谢尔特数分布,模拟结果与实验数据进行了比较,模拟值偏大,但最大相对误差不超过10．8％。     

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     

相变储能混凝土的配制及传热性能研究

采用"真空吸入法"将石蜡/硬脂酸丁酯二元复合相变材料吸入陶粒中制备相变陶粒,并对其表面进行封装,使用相变陶粒配制相变储能混凝土并对其传热性能进行研究。结果表明:石蜡含量为60%时,石蜡/硬脂酸丁酯二元复合相变材料可作为建筑节能用复合相变材料;环氧树脂封装相变陶粒表面可以防止相变材料渗漏,且可以提高混凝土强度;与普通混凝土相比,相变储能混凝土的蓄热能力较高而传热速度则较低,具有降低建筑能耗的作用。     

用于相变墙体中的石蜡和多元醇相变材料的研究

利用差示扫描量热仪实验研究了几种不同石蜡以及它们的混合物和多元醇二元体系的储热性能。根据其相变温度和相变潜热，选择适于墙体中使用的相变材料种类和组成。分析石蜡和多元醇类固一固相变材料应用于建筑物墙体中的可行性。研究显示：石蜡的相变温度可根据组成进行调节，相变潜热大，无过冷现象，稳定性好。多元醇二元体系新戊二醇（Nm）／季戊四醇（PE）和三羟甲基氨基甲烷（TAM）／NPG的转变温度和转变热均低于单一某种多元醇材料的转变温度和转变热。二元体系的转变温度在30-41℃之间，当NPG含量在50％-90％之间时，二元体系转变热较大，可用做墙体储能材料。研究结果可为相变材料在建筑节能领域的应用提供参考和依据。     

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...     

沸腾相变传热机理及强化的数值模拟研究综述

微尺度核态沸腾传热在电子信息工业和微电子机械系统等领域有着重要的应用.使用数值模拟的方法对微尺度核态沸腾过程进行研究很好的解决了由实验方法带来的诸多问题.尤其介观方法,即格子Boltzmann方法,既无需人为设置核化点,又能完整复现沸腾过程气泡成核、 长大、 聚并等动力学行为和相变传热特性,相较于宏观方法和微观方法具有...     

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。