高温相变蓄热容器传热的隐式求解

《高温相变蓄热容器传热的隐式求解》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、维普资讯http://www.cqvip.com第22卷第4期太阳能学报Ⅷ22，No．42001年l0月ACTAFaNERGI~ESOLAR玛SINICAGet．20Ol高温相变蓄热容器传热的隐式求解侯欣宾，袁修干，杨春信(北京航空航天大学飞行器与应用力学系，北京100~3)摘要：空间太阳能热动力发电系统是非常有前景的未来空间能源供应系统。关键部件之一是吸热，蓄热器，高温蓄热容器是其中的基本部件，它的传热性能直接影响到整个热动力系统的性能。采用一种预测～修正的跪式迭代法对相变蓄热容器进行了三维热分析，并且与显式求解方法在计算时间和计

2、算结果上进行了比较分析，证明这种方法可以明显提高计算速度，并可以获得较好的结果关键词：相变蓄热；太阳能热动力发电；热分析中围分类号：TKSI2·4文献标识码：A工质以驱动热机发电，其余热能被高温相变材料0引言(FCM)储存用于航天器发电系统阴影期正常连续运1995年2月17日，空间太阳能热动力发电系统行。图1为一个圆柱腔形吸热器。相变材料封装在2kW样机在美国NASALe~is研究中心成功的实现多个小容器内，小容器套装在循环工质管上。了2kW电力输出，标志着这一对未来空问探索有重相变蓄热容器的传热性能是吸热器研究中的一要意义的技术进

3、入了一个新的阶段。太阳能热动个关键技术。在整个工作过程中，FCM要经历固力发电系统与目前主要采用的太阳能光伏电池阵态、液态以及固液共存的糊态区，在相变点PMC温(PV)与化学蓄电池的组合供电方式相比，主要优点度不变，无法用以温度为唯一变量的传热方程表是质量轻、效率高、迎风面积小、寿命长，这些将大大示。对于PcM容器这一多维相变问题，普遍采用降低航天器整个寿命期内的维护费用。固定网格的焓法模型，并采用显式求解焓法的传热方程。显示求解编程简单，但是时间步长小，整个计算量非常大。本文采用了一种稳式方法求解相变蓄热容器的换热，并且与显示求解

4、方法在计算结果和计算时问进行了对比，根据计算，在不影响计算精度的情况下，显式计算的时间是隐式的2～3倍，证明这种隐式求解方法是非常适用的。1高温相变容器传热计算1．1物理模型图1吸热／蓄热器结构图图2为FCM容器的外形图及计算采用的柱坐Fig．1Hemtreceiver标系统。图3为容器轴向截面图。PCM采用80．5吸热／蓄热器是空间太阳能热动力发电系统中LiF一19．5CaR，熔化温度为1042K；PCM容器和工质四大关键部件之一。其主要作用是在日照期吸收太导管采用Ha?rues188；气体工质采用He-Xe混合气阳能反射器反射的

5、太阳光，一部分热能传递给循环体。材料的物性参数和几何尺寸参见文献[2]收稿日期：~000-11-21基盒凄目：国家自然科学基金资助(59876003)维普资讯http://www.cqvip.com太阳能学报22卷[(r．目，0，)__o，：(r，0，L，)]_0．OZ．rJg,O≤0<~27r(3j边界条件对应的具体数据见文献。1．3数值求解显式求解：直接根据前一时间步对应的PCM相态得到焙和温度的关系式，带人方程求解得到下一时间步的焙和温度。对于隐式求解．无法直接确定下一时间步各网图2PCM容器及坐标系选取格PCM的相态，即无法

6、确定焓与温度的关系，只能Fig．2Canisterandthecoo~mte采用假设验证的过程。为实现这一步骤，需要得到焓和温度的一一对应关系。假设相变发生在一个很小的温度区域(，+2E)，即在相变区，PCM有一个非常大的比热容c。由此得到焙与温度的一一对应关系如下：f+h／ch<0：』1+(^h一lc3hH~)IcIh>△(㈡4)L+h／c一∞

7、E)0．0<△△T<2z1)忽略固液PCM的密度变化；2)假设PCM充满容器的内部。【ATe一∞<△<三维柱坐标(r，0，：)下，采用焙形式表示的能其中△=—。量守恒方程如下式：计算采用了交替方向迭代法(ADI)，整个单元=k(OZT+++)㈩网格划分为10×12×8(r，0，：)，其中容器侧壁及外壁各划为一个单元，内壁和换热管为一个单元，PCM温度和焙通过下面的方程耦合：部分网格均匀划分。rT+h／csh<0固相PCM图4为采用隐式求解的假设一检验程序框图。lo≤h≤糊相PCM在每个时间步，各PCM网格的温度与焓的关系先假一IT+

8、(h一)／c】h>AH液相PCM设为上一时间步的关系，计算之后判断。如果有Lh／c。容器及工质壁PCM网格的相态发生了改变，则按照新的焙和温度(2)的关系计算。这样往复迭代，直到所有网格对应的边界条件为：相态在计算前后都一致，则进人到