掌握相變材料蓄、放熱過程的影響因素對提高相變蓄、放熱效率具有重要的指導(dǎo)意義。本文建立了平板換熱器相變換熱單元模型,基于Fluent軟件的凝固/融化模型,以南瑞集團自主研發(fā)的乙酸鈉基復(fù)合相變材料對其凝固放熱過程進行仿真,分析了不同換熱結(jié)構(gòu)、流體流速以及相變材料厚度對相變材料換熱過程的影響,并對平板換熱器相變換熱單元結(jié)構(gòu)優(yōu)化,創(chuàng)新性的設(shè)計了微通道平板換熱器相變換熱單元。結(jié)果表明:換熱器的結(jié)構(gòu)對換熱性能有著重要的影響,相比于普通的平板式換熱器,微通道換熱器能明顯地降低相變材料放熱時間;流體流速增大放熱速度有所提高,但是容易導(dǎo)致速度場溫度場不均勻,換熱性能提升有限。相變材料凝固總時間隨相變材料厚度的增加而增加,對于相變蓄熱產(chǎn)品,需按照設(shè)計時間對相變單元相變材料厚度進行選型。最后以仿真結(jié)果制備相變樣機、搭建儲/放熱系統(tǒng),并對比實驗數(shù)據(jù)驗證模擬結(jié)果。 

【文章來源】：儲能科學(xué)與技術(shù). 2020,9(06)CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

相變換熱單元結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1Schematicdiagramofthermalelementstruc‐tureofphasetransformationh=h+∫TCdT(5)

儲能科學(xué)與技術(shù)2020年第9卷放熱量及各個測點數(shù)據(jù)。以流量0.7m3/h(0.6m/s入口流速)、入口溫度27℃進行測試，并整理實驗數(shù)據(jù)。圖13為模擬與實驗對比出水溫度變化圖。對比實驗數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果，可知模擬結(jié)果基本準確，1000~10000s，實驗圖10實驗系統(tǒng)實物圖Fig.10Physicalpictureoftheexperimentalsystem圖11測試系統(tǒng)示意圖Fig.11Schematicdiagramoftestsystem圖9入口流速為0.6m/s時、不同厚度的相變材料，微通道平板換熱器相變換熱單元出水溫度變化圖Fig.9Diagramofoutletwatertemperatureofphasetransformationheatunitofmicro-channelflatheatexchangerwithphasechangematerialofdifferentthickness(u=0.6m/s)圖8入口流速為0.6m/s、5000s時不同厚度的相變材料放熱對比Fig.8ComparisonofheatreleaseofPCMwithdifferentthicknessat5000s(u=0.6m/s)圖7入口流速為3m/s時放熱10000s時兩種換熱結(jié)構(gòu)對比Fig.7Comparisonoftwoheattransferstructuresat10000s(u=3m/s)1752

儲能科學(xué)與技術(shù)2020年第9卷相變材料液化分數(shù)變化圖。網(wǎng)格數(shù)239.6萬與508.2萬液相分數(shù)相差僅1.06%，故取239.6萬網(wǎng)格數(shù)進行后續(xù)計算。2結(jié)果與討論2.1不同換熱結(jié)構(gòu)對相變時間的影響以0.6m/s流速，對換熱單元進行仿真，結(jié)果如圖3所示。圖3為兩種換熱結(jié)構(gòu)液相分數(shù)變化圖。由圖可知，不同換熱結(jié)構(gòu)相變材料放熱凝固趨勢是一樣的。在放熱初期，相變材料的液相分數(shù)均隨時間線性規(guī)律迅速減少，后期凝固速度逐漸變緩。這是因為隨著放熱進行，熱量需以導(dǎo)熱形式穿過一定厚度的固相相變材料層，凝固的相變材料越來越多，傳熱熱阻逐漸增大，換熱速率降低。在放熱10000s時，微通道平板換熱器相變換熱單元液相分數(shù)剩余5.4%，平板換熱器相變換熱單元液相分數(shù)為14.3%。圖4為放熱10000s時兩種換熱結(jié)構(gòu)在y=200mm截面的溫度和液相分數(shù)云圖。由圖可知，換熱器的結(jié)構(gòu)對相變換熱單元換熱性能有重要影響。優(yōu)化后的微通道平板換熱器換熱性能大大增強，相變換熱單元放熱速率增大。2.2不同流速下相變材料凝固放熱過程以入口流速為0.6m/s、1m/s、3m/s，入口水溫27℃，對換熱單元進行仿真，結(jié)果如圖5所示。圖5為兩種相變換熱單元截面速度矢量圖。由圖可知，速度0.6m/s時，平板換熱結(jié)構(gòu)邊界流速大，中間流體流速小，速度分布不均勻。入口速度1m/s、3m/s時，邊界流速進一步增大，中間部分流速仍較低，速度分布極不均勻。對比圖4(a)、4(b)，圖6(a)、6(b)及圖7(a)、7(b)可知，因流場大渦的形成，平板換熱結(jié)構(gòu)溫度場在中間部分較高，并且流速越大時溫度分布越不均勻；圖4(b)中0.6m/s入口流速下，10000s時平板換熱器相變單?

【參考文獻】：
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本文編號：3120175