【摘 要】
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相变蓄热器能够很好地解决能量利用过程中供需不匹配的问题,因具有装置体积小、蓄热量多、蓄热过程近似恒温等优点,被广泛应用于能量存储。但相变蓄热器所依赖的相变材料往往导热系数较低,影响了系统的蓄热效率,因此对相变蓄热器进行优化从而提高其蓄热性能是非常有必要的。本文针对内圆管-外方腔式管壳相变蓄热器的内部结构优化进行数值模拟研究。首先介绍了适用于固-液相变问题的格子Boltzmann方法,并通过三个基准
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相变蓄热器能够很好地解决能量利用过程中供需不匹配的问题,因具有装置体积小、蓄热量多、蓄热过程近似恒温等优点,被广泛应用于能量存储。但相变蓄热器所依赖的相变材料往往导热系数较低,影响了系统的蓄热效率,因此对相变蓄热器进行优化从而提高其蓄热性能是非常有必要的。本文针对内圆管-外方腔式管壳相变蓄热器的内部结构优化进行数值模拟研究。首先介绍了适用于固-液相变问题的格子Boltzmann方法,并通过三个基准算例验证其有效性和准确性;然后在三维尺度上探究了圆柱热源放置方式对相变材料融化过程的影响,并在其基础上选取二维计算域,分别考虑Rayleigh数、Prandtl数和Stefan数对融化过程的影响,得出相关规律;最后在蓄热器中引入分形树状肋片,在不改变相变材料总体积的前提下分别改变分形树结构的分形级数、总支数、长度分形维、宽度分形维数、肋片导热率和分布方式,分析不同情况下相变传热的增强效果。研究结果表明,相比于不添加肋片的情况,在内圆管-外方腔式管壳相变蓄热器中添加分形树状肋片大大提升了其蓄热效率。此外,分形树状肋片的导热率、几何参数和分布方式对蓄热器内部相变材料的融化过程均有重要的影响。
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