金属蜂窝/石蜡复合相变材料融化储热性能研究

针对金属蜂窝/石蜡复合相变材料融化储热过程中，金属蜂窝热传导与液相自然对流传热的竞争关系，基于流-固-热三场耦合理论，建立相变材料融化储热计算模型。开展相变石蜡融化试验，验证计算模型的正确性。进一步分析液相自然对流和金属蜂窝热传导传热的增强效应，以及两者间的竞争关系。结果表明：底部加热下的密闭方腔内相变石蜡融化储热过程可分为热传导、稳定增长、过渡和紊流等四个阶段；各阶段占总融化储热时间的比例分别为0.8%、2.3%、13.6%和83.3%。热量随着液相石蜡的自然流动实现无障碍传输，达到提升相变石蜡融化储热效率的目的。自然对流传热的增强效应随尺寸减小而显著降低，在尺寸小于2 mm后可忽略不计。金属蜂窝通过增大热传导性和传热面积，达到提升相变石蜡融化储热效率的目的。嵌入金属蜂窝后，相变材料储热过程中存在多层共融现象，且在融化区形成温度梯度。与纯石蜡储热效率相比，金属蜂窝作用呈现先增强后抑制的规律，当融化分数超出临界值0.77后，金属蜂窝将进入抑制阶段。