中低温相变材料的储热结构分析与数值模拟

《中低温相变材料的储热结构分析与数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中低（申请工学硕士学位论文）温相变材料的储热结中低温相变材料的储热结构分析与构分董析琼与数值模拟数值模拟武汉董理琼工培养单位：材料科学与工程学院大学学科专业：材料加工工程武汉研究生：董琼理工指导教师：程晓敏教授大学2014年5月万方数据分类号密级UDC学校代码10497学位论文题目中低温相变材料的储热结构分析与数值模拟英文Structuralanalysisandnumericalsimulationofthermalstorage题目equipmentonmid-lowtemperaturephasechangematerial研究生姓名董琼姓名程晓敏职称教授学位博士指导教师

2、单位名称材料科学与工程学院邮编430070申请学位级别工学硕士学科专业名称材料加工工程论文提交日期2014年4月论文答辩日期2014年5月学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席评阅人2014年5月万方数据独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：学位论文使用授权书本人完全了解武汉

3、理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人承诺所提交的学位论文（含电子学位论文）为答辩后经修改的最终定稿学位论文，并授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导师（签名）：日期万方数据摘要随着工业的快速发展，太阳能、工业废热和地热等能源的热存储及充分利用变得越来越重要，对

4、储热技术的研究也越来越引起重视。在各种储热技术中，相变储能因单位体积储热量大，储热和放热过程温度基本恒定等优点而成为目前研究的热点。储热材料(PCM)和蓄热装置结构是蓄热技术研究的主要内容，但除金属外的相变材料，导热性能一般都比较差，使得相变材料熔化和凝固过程中储存和释放热量的速度较慢，限制了相变储热技术的发展，因而需采取有效的强化传热措施来提高相变蓄热结构的换热系数。实际可采用的方法是在相变蓄热结构中换热系数较低侧添加肋片。本文采用中低温相变蓄热材料的常用相变材料Ba(OH)_2·8H_2O、石蜡、低熔点合金SnZn为相变材料，以环肋管为传热强化结构研究蓄热结构的强化传热效果

5、。本文建立了Ba(OH)2·8H2O肋片强化圆柱状管壳式蓄热单元数学模型，采用FLUENT软件对该蓄热装置的蓄热/放热过程进行数值模拟研究，模拟换热过程时蓄热装置内温度场分布、相界面移动规律、不同监测点温度变化和PCM蓄热/放热量等，分析了肋片高度和肋片间距等因素对中温蓄热装置的蓄热/放热特性的影响，对比光滑表面圆管储热单元PCM相变过程，得出Ba(OH)_2·8H_2O圆柱状蓄热装置最佳设计参数，最终确定采用换热管径为16mm，PCM封装直径为80mm肋片蓄热单元结构。该蓄热单元蓄热时间比同体积下无肋片换热管蓄热单元缩短13%。经数值计算得Ba(OH)_2·8H_2O总蓄热量

6、为2.34×10~5kJ，为中温蓄热装置在能源热利用等领域的应用提供参考依据。针对石蜡PCM侧添加肋片强化整体结构与低熔点合金SnZn流体侧低肋强化整体结构，本文分别建立了单管的数学模型，分析了换热管间距、肋片高度与肋片间距对单管内相变材料换热特性的影响，得到最佳肋片高度与肋片间距。采用换热管径为16mm，建立了PCM整体蓄热装置的二维数学模型，模拟了相变储热材料在蓄热装置内温度场分布、相界面移动规律、不同监测点温度变化和PCM蓄热量等。通过模拟最终确定石蜡肋片管换热结构换热管间距为80mm，总蓄热量为1.142×10~4kJ；SnZn蓄热装置采用换热管内添加低肋的强化传热装置

7、，对应的蓄热装置的总蓄热量为2.76×10~4kJ，为工程应用提供一定的参考价值。I万方数据关键词：中低温;相变材料;传热强化;环形肋片;数值模拟;II万方数据AbstractWiththerapiddevelopmentofindustry,heatstorageenergysuchassolar,wasteheatandgeothermalenergyandfullyutilizedarebecomingincreasinglyimportant,Moreattentionhasbeen