相变蓄热装置的数值模拟与优化

《相变蓄热装置的数值模拟与优化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《相变蓄热装置的数值模拟与优化（78页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、山东建筑大学硕士学位论文题目 相变蓄热装置的数值模拟与优化 计：学位论文6 7 页 表格6 个 插图5 6 幅 评阅人： 指导教师：垡逸登 学院院长： 盈殛仨 学位论文完成日期：2 Q 1 2 生垒旦一 簿凄驾飞罐0。一0掣0建墓嚣。 ；|二 原创性声明 f f r l l l lrfrrIJ F i I J f l r lr llIiI Ii iIrI If Y 2 0 8 4 9 0 6 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究 取得的成果除文中已经注明引用的内容外，论文中不舍其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得山东建筑大学或其他教育机构的学位证书而

2、使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明誉人承担本声明的法律责任。 学位论文作者签名： 垂丛丛日期控f ! ：6 ：1 2 学位论文使用授权声明 本学位论文作者完全了解山东建筑大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：山东建筑大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅本人授权山东建筑大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它手段保存、 汇编学位论文。 保密论文在解密后遵守此声明。 学位论文作者签名：层丝丝日期塑尘6 ：! i 导师签名：眸日期j 型牡 、 i、， ，。 ， i

3、。V+ t r r 0 、 j oI-L-II-1 ，I-IrL_、I-rIlP t ， X 又蕞二 ，”，一 I 山东建筑大学硕士学位论文 摘要 节能是当今世界共同关注的主题，也是我国“十二五规划“ 的重点内容，节能技术 已经成为学术界较为固定的研究方向。相变蓄热技术作为节能方法之一，不仅能用于回 收蒸汽等废热，而且能实现热能的分时利用，在工业余热回收和太阳能利用等领域有广 泛应用，能有效提高能源利用效率，产生明显的节能效果，因此研究相变蓄热技术具有 现实意义。 相变材料的导热系数较小，使得相变蓄热系统的蓄放热速度较低，因此找出相变蓄 放热速度的影响因素以及强化相变传热的方法显得尤为重要。相

4、变过程中伴有传导和对 流现象，并且存在移动边界问题，因此对于多维相变，一般借助数值模拟的方法处理。 本文利用F l u e n t 软件对相变蓄热过程的影响因素、不同规格翅片对强化传热的影响进行 了数值模拟研究，主要研究内容和所得结论如下： ( 1 ) 针对石蜡相变传热过程，建立壳管式相交蓄热单元，设置尺寸为5 0 0Xl O O m m ， 根据文献数据设置边界条件，对比出口平均温度和监测点1 的温度曲线，结果表明模拟 数据与实验数据吻合。 ( 2 ) 从考虑和不考虑自然对流作用的模拟结果可以看出，石蜡液相区域出现自然对 流现象，并存在速度场。当传热流体为6 0 、0 8 8 m s 的水、

5、石蜡液相分数达到5 0 左 右时，自然对流作用开始较快的促进石蜡的熔化，并持续到熔化结束。提高相变材料的 液相率可以增大自然对流作用，缩短熔化时间。 ( 3 ) 传热流体的温度是影响相变蓄热过程的主要因素，当温度从6 0 增加到8 0 时，石蜡的熔化完成时间减少了2 9 9 7 s ，可以看出，增加温度可以明显加快石蜡的熔化 过程；传热流体的速度也是影响相变蓄热过程的因素，增加速度可以加快石蜡熔化，但 增幅不明显，当传热流体的流速从0 8 8 m s 增加到1 1 5 m s 时，时间缩短了8 4 5 s 。 ( 4 ) 在相变区域加入一个铝制翅片后，在翅片附近出现与之相平行的等温线，热量 通

6、过翅片在轴向传递。通过与光滑管的模拟结果进行对比发现，加入翅片后，相变的传 热热阻减小，石蜡的热导率增加，完全熔化时间缩短了2 4 8 s 。 ( 5 ) 翅片高度分别设置为2 m m 、3 m m 、3 5 r a m 和4 m m ，厚度分别设置为0 4 r a m 、 0 6 m m 、0 8 m m 和1 O m m ，个数分别设置为1 、3 、5 、7 个，通过对比模拟结果发现，随 着翅片高度、厚度以及个数的增加，石蜡的熔化速度加快，但速度加快的趋势有所减慢。 由于翅片高度、厚度和个数的增加会减少相变材料的体积，减少蓄热量，因此综合考虑 熔化速度以及蓄热系统的经济性，适用于l OX5

7、 0 m m 模型的翅片规格为5 个0 6 r a m 山东建筑大学硕士学位论文 山东建筑大学硕士学位论文 N u m e r i c a ls i m u l a t i o na n d o p t i m i z a t i o no fp h a s ec h a n g e h e a ts t o r a g ed e v i c e s F a n g ( E n g i n e e r i n gT h e r m op h y s i c s ) F a n g C o n g c o n g ( E n g i n e e r i n gl h e r m op h y s

8、 i c s ) D i r e c t e db yQ i a nH u a n q u n ABSTRACT E n e r g yc o n s e r v a t i o ni sat o p i co fc o m m o n c o n c e r ni nt o d a y Sw o r l da n di ti sa l s ot h ek e y e l e m e n t so fC h i n a S “1 2 t hF i v e Y e a rP l a n “ E n e r g y s a v i n gt e c h n o l o g yh a sb e e

9、nt oaf i x e d d i r e c t i o ni na c a d e m i a P h a s ec h a n g eh e a ts t o r a g et e c h n o l o g yi so n eo ft h ee n e r g y s a v i n g m e t h o d s I ti Sn o to n l yu s e df o rt h er e c o v e r yo fs t e a ms u c ha sw a s t eh e a t , b u ta l s of o r a c h i e v e i n gt h et i

10、 m e s h a r i n gu t i l i z a t i o no f h e a t P h a s ec h a n g eh e a ts t o r a g et e c h n o l o g yh a s 、衍d e a p p l i c a t i o n si na r e a ss u c ha si n d u s t r i a lw a s t eh e a tr e c o v e r ya n du t i l i z a t i o no fs o l a re n e r g y T h i s t e c h n o l o g yc a ne

11、 f f e c t i v e l yi m p r o v et h ee n e n g ye f f i c i e n c ya n dp r o d u c es i g n i f i c a n te n e r g y s a v i n ge f f e c t S ot h es t u d yo f p h a s ec h a n g eh e a ts t o r a g et e c h n o l o g yh a sp a r c t i c a ls i g n i f i c a n c e T h ep h a s ec h a n g em a t e

12、 r i a l ( P C M ) u s e di nh e a ts t o r a g es y s t e m su s u a l l yh a sl o wt h e r m a l c o n d u c t i v i t y , s ot h es y s t e m sh a v el o wc h a r g i n g - d i s c h a r g i n gr a t e s S oi ti Sv e r yi m p o r t a n tt o f i n do u tt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so fc

13、h a r g i n g - d i s c h a r g i n gr a t e sa n dt h ew a yt os t r e n g t h e nt h e p h a s ec h a n g eh e a tt r a n s f e r A l s o ，t h ep r o c e s so fp h a s ec h a n g ei sa s s o c i a t e dw i t hc o n d u c t i o n a n dc o n v e c t i o np h e n o m e n a , i na d d i t i o nt ot h

14、ep r o b l e mo fam o v i n gb o u n d a r y , S Ow eu s u a l l y u s en u m e r i c a ls i m u l a t i o na p p r o a c ht os o l v et h ep r o b l e mo f m u l t i - d i m e n s i o n a lp h a s et r a n s i t i o n I nt h i sp a p e r , t h es o f t w a r eF l u e n tW a se m p l o y e dt os i m

15、 u l a t et h ei m p a c tf a c t o r sa n dt h ew a y st o e n h a n c eh e a tt r a n s f e ri nt h ep r o c e s so fp h a s ec h a n g e T h em a i nr e s e a r c hc o n t e n ta n d c o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) E s t a b l i s has h e l la n dt u b ep h a s ec h a n g et h

16、e r m a ls t o r a g eu n i tf o rt h ep a r a f f i np h a s e c h a n g eh e a tt r a n s f e rp r o c e s s A c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a ld a t a , s e tt h es i z eo f5 0 0 lO O m m , s e tt h eb o u n d a r yc o n d i t i o n s C o m p a r i n gt h ea v e r a g et e m p e r a t u r eo fe x p o r ta n dt h et e m p e r a t u r e c u r v eo ft h e m o n i t o r i n gp o i n t1 ，r e