小型平板微热管阵列蓄热器蓄热过程的可视化及传热机理研究

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自然界中各种形式的能源通过直接或间接的方式为人类所利用,能量的利用过程实质上就是能量的传递与形成的过程,近年来能源危机和环境恶化已经严重制约人类社会的发展和人民生活水平的提高,然而大部分能源,如太阳能、地热能和工业余热废热等,都由于其间断性和不稳定的特点而没有被有效利用,通过相变材料蓄热方式能够很好的解决能量供需双方在时间、地点以及强度上的不匹配,对于提高能源利用率和减轻环境污染具有重要意义。  相变蓄热具有蓄热密度大,蓄放热过程稳定,过程易控制,体积变化小,蓄热材料易获得等优点,具有广泛市场前景,近年来相变蓄热的技术研究也取得了显著进展,然而相变蓄热技术的规模应用仍面临一些问题:几乎所有的相变材料导热系数都很小;相变理论缺乏比较透彻的分析;相变储能系统实验数据和实验研究还不够完善等等问题。  基于上述的种种问题,本文利用新型平板热管这种高效导热元件,通过在热管表面添加翅片的方式,制作了一套小型平板热管相变蓄热器,并研究了两种不同间距翅片和不同供热流体温度下,相变蓄热器的蓄热过程,实事证明该蓄热器具有良好的蓄热能力。为了研究石蜡熔化机理,在蓄热器上设置了一个可视化窗口,在蓄热器蓄热过程中,通过数码相机拍摄了其整个熔化过程中,不同时刻相界面的位置,通过分析发现,自然对流在石蜡的熔化中,起到了重要的作用。  最后,课题对蓄热模型进行了简化处理,建立了对应的数学、物理模型,利用fluent模拟了翅片强化换热的过程,得到了整个相变蓄热器的温度场、速度场和液相体积分数随时间的变化情况以及相界面的移动规律。对不同温度、不同翅片情况下的熔化过程进行了对比,得到了这些因素对传热过程的影响规律。证明了该模型的可行性,为后续的研究起到了积极作用。
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