对自然对流对泡沫金属复合相变储能的影响实验研究

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1、期自然对流对泡沫金属复合相变储能的影响誊研究FeVbor1u．3a0r,vNo．1,2oO9文章编号：0253-4339(2009)01—0001-06自然对流对泡沫金属复合相变储能的影响实验研究张涛余建祖高红霞(北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191)摘要制作了四面绝热的泡沫金属／石蜡复合相变储热装置，在不同功率密度下分别对存在自然对流和不存在自然对流两种情况下装置的固一液相变储热过程进行了对比实验研究。整理绘制了在不同加热功率下的温度．时问曲线，并采用常热流边界条件下半无限大物体熔化过程的数学解对实验件受热面温度进行了模拟，结果表明在大功率密度情况下从底部加热会形成较

2、为明显的自然对流，并且自然对流的存在增强了储热装置的内部传热，储热效率提高为原来的1．38倍，在5000W／m2功率下热源最大温度比原来低26℃。关键词工程热物理；储能技术；泡沫金属；相变材料；自然对流；储能效率中图分类号：TK02；TQ026．7文献标识码：AExperimentonThermalConductivityEnhancementforPCMEmbeddedinMetalFoamZhangTaoYuJianzuGaoHongxia(SchoolofAeronauticScienceandTechnology，BeijingUniversityofAeronauticsa

3、ndAstronautics，Beijing，100191，China)AbstractAphasechangetherlTlalstoragedevicewithMetalFoam／Para衔nWaxwasdevelopedwhichhasinsulatedWallsaroundandtheexperimentonthedeviceperformancewasconductedatdiffcrentpowerdensityundertheconditionwithandwithoutnatura1convection，respectively．Thetemperaturevaria

4、tionwithtimeunderdifferentheatingpowerwasobtainedandasemi·infinitemodelwiththesecondkindboundaryconditionswasusedtosimulatethebottomtemperatureofthetestedvesse1．Theexperimentalresultsshowthattheobviousnaturalconvectionoccurredinthemeltingpartwhenthetestedvesselwasheatedfrombelow．andtheheat-tran

5、sfercapabilityandthethermalstorageeficiencyofthethermalstoragedeviceimprovedsignificantlybecauseoftheeffectofconvection．Thethernlalstoragee街ciencywiththeef

6、fectofconvectionwas38％greaterthanthatwithouttheeflfectofconvection．andthemaximumbottomtemperaturedecreasedbyabout26℃at5000r／m．KeywordsEngin

7、eeringthermophysics；Energystoragetechnique；Metalfoam；PCM；Naturalconvection；Thermalstorageeficiency随着人们对环境保护和能源利用的日益重究引起了学术界和工程界的极大兴趣。文献[4]中视，相变储能技术越来越成为世界各国的研究热建立了泡沫金属内冻结相变传热过程的数学模型，点，在太阳能利用、工业废热回收、电力的“移峰采用显热容法模拟了泡沫金属内冻结过程的传热过填谷”、以及工业与民用建筑采暖与空调的节能等程；文献[5]中给出了较通用的高孔隙率泡沫金属领域相变储能技术都具有广泛的应用前景屯】。但材料

8、等效导热系数估算公式，并利用准稳态方法建是，类似石蜡等很多相变材料导热率都较低，使得立了复合相变材料在凝固过程的数学模型，对其凝其作为储能材料时储能效率低下，大大限制了应用固过程的传热特性进行了理论分析。文献[6]与文范围。献[7]中分别采用泡沫铝和泡沫铜复合相变储热装泡沫金属是一种在金属基体中均匀地分布着置，实验表明泡沫金属的添加使得相变储热装置热大量连通和不连通的孔洞的新型轻质多功能材料。性能得到了明显的改善。由于其具有密度小、孔隙率高、比表面积大等特