泡沫金属相变材料凝固传热过程的数值分析

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1、第28卷第1期河北工业科技VoI．28，NO．12Ol1年1月HebeiJournalofIndustrialScienceandTechnologyJan．2011文章编号：1008—1534(2011)01—0001—04泡沫金属相变材料凝固传热过程的数值分析曹向茹，崔海亭，蒋静智(河北科技大学机械电子工程学院，河北石家庄050018)摘要：利用计算流体力学软件FLUENT凝固／熔化模型，对填充以及未填充泡沫金属的2种相变材料蓄热球的相变传热过程进行数值模拟研究，得到了在第l类边界条件下蓄热球放热过程中的温度场分

2、布、相界面移动规律。研究结果，表明与单纯填充相变材料的蓄热球相比，填充泡沫金属的相变材料蓄热球可以有效减少其放热时间，提高蓄热系统的放热速率。关键词：泡沫金属；相变传热；蓄热球中图分类号：TK02；TK124文献标志码：ANumericalsimulationonheattransferofphasechangeinheatstorageballfilledwithmetalfoamCA0Xiang—ru，CUIHai—ring，JIANGJing—zhi(CollegeofMechanicalandElectron

3、icEngineering，HebeiUniversityofScienceandTechnology，ShijiazhuangHebei050018，China)Abstract：Byusingsolidification／meltingmodelsofFLUENTsoftware，theprocessesofheatchangeontwoheatstorageballsfilledwithorwithoutmetalfoamarenumericallysimulated．Temperaturefieldandch

4、angeofphaseinterfaceareobtainedunderthefirstkindofboundarycondition．Theresultsindicatethatthecompletesolidificationtimefortheballwithmetalfoamisgreatlyshorterthanthatwithparaffinonly，duetOthesolidificationrateenhancementofheatstoragesystem．Keywords：foammetal；he

5、attransferofphasechange；heatstorageball随着经济的不断发展以及能源的大量消耗，节添加具有高导热率、低密度的填充材料等，由此来提能已成为人们关注的话题。如何设计出热性能优越高蓄热系统的蓄、放热的速率L1]，达到强化相变蓄的相变蓄热装置已成为研究的热点，而相变材料的热装置热性能的目的。选取直接关系到相变蓄热装置热性能的优劣。相变张涛等对填充有泡沫铜的固液相变储能装置进材料具有热容量大、蓄能过程温度近似常数等特点，行了实验研究并推导出泡沫金属作为填充物后相变但其热传导率通常较低，因而在

6、一定程度上限制了储能装置的有效热导率]。程文龙等利用准稳态方这类材料的广泛使用。为改善相变材料导热系数低法建立了填充泡沫金属的相变材料蓄热装置在凝固的缺陷，通常采取的措施是在相变材料中加人高孔过程中的数值模型，对其凝固过程的传热特性进行隙率的多孔介质，安置金属结构，分散高导热颗粒及了理论分析L5]。杨秀等对蓄冰球中填充泡沫铝的融化相变传热过程进行了数值模拟[6]。CHEN等对收稿日期：2010-0702；修回日期：2010-10-09以石蜡为相变材料，内部填充有泡沫金属多孔结构责任编辑：李穆基金项目：国家自然科学基金

7、资助项目(50876004)；河北省科技的太阳能平板集热器的传热性能进行了分析L7]。支撑计划项目(09203923D)；河北省教育厅科学研究计划项目笔者以孔隙率为9O的泡沫铝为金属基体骨(2009437)架，孔隙中填充石蜡作为蓄热介质，采用数值计算的作者简介：曹向茹(1984一)，女，河北徐水人，硕士研究生，主要从事强化传热与热能动力方面的研究。方法，利用计算流体力学FLUENT软件对蓄热球河北工业科技第28卷相变传热过程进行研究，结果表明加入泡沫金属的k为石蜡导热系效，J八kgK)；￡为袍沫金属的礼隙蓄热球与单纯

8、填充相变材料时相比，填充泡沫金属率；是为加入泡沫金属后复合石蜡的当量导热系数。的蓄热球能有效降低其放热时间，并显著提高蓄热根据FLUENT的Solidification／Melting的基系统的放热速率。进而使相变储能装置内部温度场本理论，并采用以上假设后，数学模型可以简化的分布更加均匀，传热性能也得到明显改善。如下。连续性方程：坚+一0。l数