强制对流条件下不同传热流体对含相变材料柱形容器放热性能的影响

来源 :中南大学学报(英文版) | 被引量 : 0次 | 上传用户:youqianlowa
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本文采用数值模拟方法研究了强制对流条件下不同传热流体对含相变材料柱形容器的放热性能的影响.以空气、氢、水和含氧化铝颗粒的纳米流体作为传热流体,同时考虑了含相变材料(PCM)区域的结构变化,采用有限元法进行求解.研究了不同传热流体类型、雷诺数(100~300)和含PCM区域结构变化(hx在0.01d1~0.65d1,hy在0.1h1~0.4h1)下不同相的换热动力学特征.研究发现,换热流体类型对放热时间影响较大,以空气为换热流体时相变完成时间比以空气为换热流体时的长10倍以上,而以纳米流体为换热流体时的时间最短.当含PCM区域减小时,放热时间缩短.含PCM区域的结构导致涡流的形成,这使在内筒的半径和高度最大处的性能下降.当内筒半径从hx=0.35d1增加到hx=0.45d1时,放热时间延长约12%.在不同雷诺数下,PCM的温度和液体组分的动态特性均受雷诺数的影响,与最小雷诺数相比,最大雷诺数下的PCM的放电时间缩短了48%左右.“,”In the present work, effects of various heat transfer fluids on the discharging performance of a phase change material (PCM) included cylindrical container are numerically assessed during forced convection. The heat transfer fluid air, hydrogen, water and nanofluid with alumina particles are used and the the geometric variation of the PCM embedded region is also considered. The finite element method is used as the solver. Dynamic features of heat exchange with various phases are explored for different heat transfer fluid types, Reynolds number (between 100 and 300) and PCM embedded region geometric variation (hx between 0.01d1 and 0.65d1, hy between 0.1h1 and 0.4h1). It is observed that discharging time is significantly influenced by the heat transfer fluid type while full phase transition time for air is obtained as more than 10 times when hydrogen is utilized as heat transfer fluid. The best performance is achieved with nanofluid. When the PCM integrated region size is reduced, discharging time is generally reduced while due to the form of the geometry, vortex formation is established in the PCM region. This results in performance degeneration at the highest radius and height of the inner cylinder. Discharging time increases by about 12% when radius of the inner cylinder is increased from hx=0.35d1 to hx=0.45d1. Dynamic features of PCM temperature and liquid fraction are affected with Reynolds number while discharging time is reduced by about 48%when configurations with the lowest and highest Reynolds number are compared.
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