不同倾角下通孔金属泡沫强化蓄热实验研究

为了研究不同倾角下纯石蜡及通孔金属泡沫内嵌石蜡熔化过程特性规律,搭建了固液相变可视化实验系统,利用该系统对其蓄热过程中相界面的迁移进行了观察及记录,以探索不同倾角下自然对流对石蜡相变蓄热过程影响的作用机制。实验结果表明:在倾斜不为零(θ≠0°)状态下固液相界面由于液体区域内自然对流的影响而呈现倾斜状态;在水平(θ=0°)时固液相界面宏观上基本水平,纯石蜡水平熔化时微观呈现锯齿状相界面;不同倾角对纯石蜡熔化过程具有很大影响,随着θ逐渐减小,相变材料完全熔化时间越来越短,水平时纯石蜡熔化时间比30°、60°及90°倾角时分别减少14.77%、25%和34.16%。倾角对石蜡内嵌金属泡沫蓄热过程的影响可以忽略不计。     

不同倾角下通孔金属泡沫强化蓄热实验研究

为了研究不同倾角下纯石蜡及通孔金属泡沫内嵌石蜡熔化过程的特性规律,搭建了固液相变可视化实验系统,利用该系统对蓄热过程中相界面的迁移进行了观察及记录,以探索不同倾角下自然对流对石蜡相变蓄热过程影响的作用机制。实验结果表明:在相变换热装置倾角不为零(θ≠0°)状态下固液相界面由于液体区域内自然对流的影响而呈现倾斜状态;在水平(θ=0°)状态下固液相界面宏观上基本水平,纯石蜡水平熔化时微观呈现锯齿状相界面;不同倾角对纯石蜡熔化过程具有很大影响,随着θ逐渐减小,相变材料完全熔化时间越来越短,水平时纯石蜡熔化时间比30°、60°及90°倾角时分别减少14.77%、25%和34.16%。倾角对石蜡内嵌金属泡沫蓄热过程的影响可以忽略不计。     

金属泡沫/石蜡复合相变材料融化传热特性的可视化实验研究

为了探究不同厚度的金属泡沫铜对石蜡融化过程的影响,设计搭建了可视化相变蓄热实验台,制备了不同厚度的金属泡沫铜复合相变材料,通过实验对比研究了纯相变材料和添加不同厚度金属泡沫铜的复合相变材料的融化界面变化和内部温度分布,分析了不同厚度的金属泡沫铜对换热强度的影响。实验结果表明：在纯相变材料融化过程中自然对流起主导作用,5 mm厚的金属泡沫铜促进了上部的石蜡自然对流,10、15、20 mm的金属泡沫铜抑制了石蜡的自然对流;金属泡沫铜的厚度越高,导热强度越大;对流作用强度和导热作用强度二者呈现出负相关的关系;当金属泡沫铜厚度为14 mm时,导热换热强度和对流换热强度相当。     

金属泡沫/石蜡复合相变材料融化传热特性的可视化实验研究

为了探究不同厚度的金属泡沫铜对石蜡融化过程的影响,设计搭建了可视化相变蓄热实验台,制备了不同厚度的金属泡沫铜复合相变材料,通过实验对比研究了纯相变材料和添加不同厚度金属泡沫铜的复合相变材料的融化界面变化和内部温度分布,分析了不同厚度的金属泡沫铜对换热强度的影响。实验结果表明：在纯相变材料融化过程中自然对流起主导作用,5 mm厚的金属泡沫铜促进了上部的石蜡自然对流,10、15、20 mm的金属泡沫铜抑制了石蜡的自然对流;金属泡沫铜的厚度越高,导热强度越大;对流作用强度和导热作用强度二者呈现出负相关的关系;当金属泡沫铜厚度为14 mm时,导热换热强度和对流换热强度相当。     

金属泡沫铜/石蜡复合相变材料融化传热特性的实验研究

为了探究不同厚度的金属泡沫铜对石蜡融化过程的影响,设计搭建了可视化相变蓄热实验台,制备了不同厚度的金属泡沫铜复合相变材料,通过实验对比研究了纯相变材料和添加不同厚度金属泡沫铜的复合相变材料的融化界面变化和内部温度分布,分析了不同厚度的金属泡沫铜对换热强度的影响。实验结果表明:在纯相变材料融化过程中自然对流起主导作用,5mm厚的金属泡沫铜促进了上部的石蜡自然对流,10、15、20mm的金属泡沫铜抑制了石蜡的自然对流;金属泡沫铜的厚度越大,导热换热强度越大;对流换热强度和导热换热强度二者呈现出负相关的关系;当金属泡沫铜厚度为14mm时,导热换热强度和对流换热强度相当。     

自然对流对方腔内相变石蜡熔化蓄热的影响

相对于传统材料,基于潜热储能的相变材料具有更高的储热效率。为了研究方腔内相变材料的蓄热机理,基于Boussinesq假设修正满足于相变过程的动量方程,并建立底边加热下相变材料熔化蓄热的流-固-热三场耦合计算模型。采用有机相变石蜡材料,开展底部恒定温度下的石蜡熔化蓄热试验,验证计算模型的正确性。结果表明,整个相变石蜡熔化过程是由热传导和自然对流传热两者共同主导的。在熔化初期,熔化前缘基本与加热面平行,热量传输主要由热传导提供。当液相层厚度大于2mm后,自然对流传热效应逐渐被激活,加速熔化速率,并形成不规则的融化前缘。根据熔化前缘与液相流动特征,可将整个熔化过程分为热传导、稳定增长、过渡及紊流四个阶段。此外,液相自然对流传热对相变石蜡的熔化蓄热效率提升存在显著的尺寸效应,并随方腔尺寸增加而加剧。当方腔尺寸小于2mm时,自然对流的提升效率不足1%,此时可忽略不计。     

填充金属泡沫铜对相变材料在半圆柱容腔中传热机理的研究

为研究不同金属泡沫铜填充率下金属泡沫铜对石蜡融化过程的传热规律，设计并搭建了一套可视化蓄能实验装置，并建立了对应的数学传热模型，分析了不同填充率下复合相变材料在融化过程中温度分布、固液相界面、速度矢量、液相分数和平均Nu的变化，得到了不同填充率下金属泡沫铜对石蜡相变过程的强化传热机理，并进行了实验验证。结果表明：当金属泡沫铜的填充率从0增大至1.28%时，复合相变蓄热材料的融化时间从901 s缩短至830 s,较纯石蜡减少了7.88%,而当泡沫铜填充率为1.28%时，石蜡内部温度为12.6 K,梯度最小；平均Nu从24.89下降到3.27,下降了86.9%。由模拟结果可得，填充率为0.43%、1.28%的复合相变材料液化速率较纯石蜡分别提高了1.61%、7.11%,这说明金属泡沫铜的填充率越大，强化传热效果越好。     

自然对流对套管式相变蓄热器蓄热性能的影响

针对蓄热器内相变材料融化、相变区域自然对流换热过程中蓄热效率不确定问题,以套管式相变蓄热器为基本结构,以添加质量分数为10%膨胀石墨的石蜡作为相变蓄热材料,采用数值模拟的方法研究由重力引起的自然对流对相变蓄热器蓄热性能的影响。结果表明,固液相密度差引起的自然对流对相变蓄热过程有明显的促进作用,数值模拟过程中,考虑与不考虑自然对流时,蓄热器的蓄热时间相差近2倍;不同区域相变材料受自然对流的影响不同,在相变材料融化前期,套管上方由于液相自然对流的影响,融化速率更快。根据蓄热器融化速率和融化状态的特点,通过传热过程理论分析,将融化过程进行分段,可以更加深入地了解蓄热器蓄热过程的机理和规律,为优化蓄热器结构提供理论依据。     

泡沫金属/翅片填充管蓄热性能的实验研究

为了研究蓄热装置内填充复合相变材料后的蓄热性能,设计了一种填充通孔泡沫金属和环形翅片的圆柱形蓄热罐,搭建了固液相变储热实验系统,并基于此系统对其熔化过程进行了实验研究、记录了相变材料内的实时温度响应数据。研究结果表明,与泡沫金属管相比,泡沫金属/翅片管加速了石蜡的熔化过程,缩短了整体相变时间;在实验工况下,完全熔化时间减少16.7%;然而,翅片的加入会加速顶部石蜡的熔化,但会抑制底部石蜡的熔化,使得石蜡内部不同高度间的温差扩大、温度均匀性降低;此外,通过提高流量可以显著增强装置的蓄热响应速度,提高最终稳定温度。     

泡沫金属/翅片填充管蓄热性能的实验研究

为了研究蓄热装置内填充复合相变材料后的蓄热性能,设计了一种填充通孔泡沫金属和环形翅片的圆柱形蓄热罐,搭建了固液相变储热实验系统,并基于此系统对其熔化过程进行了实验研究、记录了相变材料内的实时温度响应数据。研究结果表明,与泡沫金属管相比,泡沫金属/翅片管加速了石蜡的熔化过程,缩短了整体相变时间;在实验工况下,完全熔化时间减少16.7%;然而,翅片的加入会加速顶部石蜡的熔化,但会抑制底部石蜡的熔化,使得石蜡内部不同高度间的温差扩大、温度均匀性降低;此外,通过提高流量可以显著增强装置的蓄热响应速度,提高最终稳定温度。     

通孔金属泡沫强化蓄冰实验研究

为了研究通孔金属泡沫内嵌相变材料凝固过程特性及泡沫材料孔结构参数对凝固过程的影响,搭建了固液相变传热可视化测量系统,利用该系统就通孔铜泡沫强化蓄冰过程开展了实验研究。实时观测了凝固相界面的瞬态移动过程,测量了金属骨架表面和内嵌相变介质的实时温度,研究结果表明:铜泡沫可有效改善蓄冰后期传热恶化现象,大幅减少蓄冰时间,加入铜泡沫后,结冰所需时间与纯水工况相比减少为48.86%(孔密度为1 181m~(-1),孔隙率为0.90)和60.97%(孔密度为1 181m~(-1),孔隙率为0.97);铜泡沫的孔隙率对结冰过程影响较大,孔隙率为0.90的铜泡沫比孔隙率为0.97的铜泡沫中水完全凝固时间减少20%,而孔密度对结冰过程影响可忽略不计。可视化结果表明,未凝固相局部自然对流导致凝固相界面发生倾斜,呈现下部略快于上部的凝固界面。     

泡沫金属/翅片填充管蓄热性能的实验研究

为了研究蓄热装置内填充复合相变材料后的蓄热性能,设计了一种填充通孔泡沫金属和环形翅片的圆柱形蓄热罐,搭建了固液相变储热实验系统,并基于此系统对其熔化过程进行了实验研究,记录了相变材料内的实时温度响应数据。研究结果表明:与泡沫金属管相比,泡沫金属/翅片管加速了石蜡的熔化过程,缩短了整体相变时间;在实验工况下,完全熔化时间减少16.7%;然而,翅片的加入虽加速了顶部石蜡的熔化,但会抑制底部石蜡的熔化,使得石蜡内部不同高度间的温差扩大,温度均匀性降低;此外,通过提高流量可以显著增强装置的蓄热响应速度,从而提高最终稳定温度。     

基于格子Boltzmann方法的孔隙率对泡沫金属内相变材料融化传热的影响

基于局部热非平衡条件在表征单元尺度上构建出双温度分布函数的格子Boltzmann方程,用该方程来表征泡沫金属骨架与相变材料融化传热的温度场,用密度分布函数演化方程来表征融化液相速度场.然后模拟了泡沫金属内相变材料融化界面位置随时间的变化及金属骨架和相变材料的温度分布情况.模拟结果与其他文献的计算结果吻合较好.重点分析了泡沫金属孔隙率对相变材料融化传热的影响.结果表明,孔隙率的减少有利于增强金属骨架热传导换热的作用,但也会导致自然对流传热的降低及相变材料蓄热量的减少.因此在设计泡沫金属蓄热装置时,对于孔隙率的确定需要结合工程需求进行选择.     

翅片管外相变材料熔化过程的数值模拟

相变材料的低导热性阻碍了相变蓄热设备的传热过程.采用翅片管是目前提升相变蓄热器传热速率的主要方法.使用Fluent软件中的Solidification/Melting模型对翅片管外相变材料熔化过程进行数值模拟,得到固-液相界面随时间的变化.通过改变翅片的厚度、翅片间距等参数,分析了不同的翅片参数对熔化时间的影响.结果表明:翅片的导热系数对蓄热时间影响较小;在一定范围内增加翅片的厚度可以强化相变储热过程,之后继续加厚翅片对蓄热时间影响不大;翅片间距对蓄热时间影响显著,缩小间距能大幅度缩短蓄热时间.     

围绕水平椭圆柱热源接触熔化分析

对相变材料围绕水平椭圆柱热源温差接触熔化过程进行了分析．针对按以往模型所得结果的问题：边界层厚度在φ为90°时趋于无穷大,考虑椭圆柱表面和固液相变界面法向角的不同,建立了新的数学模型,推导出其熔化过程基本方程,并求得边界层压力分布,固液相界面法向角变化规律,边界层厚度分布和椭圆柱运动速度与外力的关系．讨论了不同椭圆压缩系数下的方程解,分析表明,在考虑熔化界面法向角后,椭圆柱两侧的边界层厚度为一有限值,与所做实验观测的结果一致．     

方腔蓄热模型优化及蓄热过程数值模拟研究

为研究方腔式蓄热单元内有机相变材料融化过程的传热规律，数值模拟了不同体积分数石墨烯纳米片填充下复合相变材料融化过程的液相分数和努塞尔数的变化；针对方腔蓄热单元热量在顶端聚集的问题，构建了分层模型，模拟了不同模型中复合相变材料的融化过程。结果表明：当石墨烯纳米片体积分数分别为1%、3%和5%时，复合相变材料完全融化时间分别为32.1、20.0、17.5 min,与纯质石蜡相比，融化时间分别缩短了70.47%、81.62%和83.92%;方腔上下等分时，融化时间相比于未分层时缩短11.88%;将方腔上下部分别填充体积分数1%与5%的复合相变材料，相比于未分为层时，整体填充3%的复合相变模型融化时间缩短了25.83%。由模拟结果可得，在石蜡中添加石墨烯纳米片可以使其导热性能有很大程度的提高，同时黏度增长程度较小，对自然对流产生的影响也比较小。综合考虑可以发现，在石蜡中添加石墨烯纳米片可以强化其传热性能；分层模型可以缩短相变材料融化时间，合适的填充方案能够进一步加快矩形方腔的融化过程。     

金属泡沫孔密度对石蜡融化性能影响的实验研究

为了探究金属泡沫孔密度对石蜡融化性能的影响,设计搭建了相变蓄热实验台,制作了不同孔密度的复合相变材料。通过实验对比研究了镍复合相变材料和铜复合相变材料内部温度分布,分析了孔密度对导热和对流换热强度的影响,比较了在相同时间内镍复合相变材料和铜复合相变材料的蓄热量。实验结果表明:镍复合相变材料随着孔密度的增大,温度堆积现象加重;当孔密度为1.02mm~(-1)时,镍复合相变材料的对流和导热换热强度相等;当孔密度为1.26mm~(-1)时,铜复合相变材料的对流和导热换热强度相等;当孔密度为2.36mm~(-1)时,铜复合相变材料对应的蓄热量最多;当孔密度为0.79mm~(-1)时,镍复合相变材料对应的蓄热量最多。     

泡沫金属-相变材料对光伏系统散热特性影响

为了解决光伏板倾斜角对泡沫金属-相变材料热沉的散热效果好坏的问题.针对不同孔隙率(80％、90％、100％)的泡沫金属-相变材料对具有不同倾斜角(0°、45°、90°、135°、180°)的光伏板的散热特性和发电效率进行研究.结果表明,倾斜角对孔隙率较小的泡沫金属-相变材料热沉系统影响较小,但是对于较大孔隙率的泡沫金属...     

固态相变材料的运动对熔化传热的影响

在熔化过程中,由于相变材料的固、液密度不同,引起未熔化的固态相变材料下沉或上浮．固态相变材料的运动对熔化传热过程有着重要影响．利用润滑近似理论,推导出了未熔化的相变材料的运动速度的计算式,分析了相变材料的运动对熔化传热的影响,并与自然对流对熔化传热的影响作了比较．     

固态相变材料的运动对熔化传热的影响

在熔化过程中,由于相变材料的固、液密度不同,引起未熔化的固态相变材料下沉或上浮.固态相变材料的运动对熔化传热过程有着重要影响.利用润滑近似理论,推导出了未熔化的相变材料的运动速度的计算式,分析了相变材料的运动对熔化传热的影响,并与自然对流对熔化传热的影响作了比较.