工程熱物理

封面介紹：基于相變材料（PCM）的儲熱技術(shù)是提高能源轉(zhuǎn)化與利用效率的有效手段.為克服一般PCM導(dǎo)熱系數(shù)較低的瓶頸、提高相變儲熱系統(tǒng)的儲/釋熱速率，通常采用添加金屬翅片的方法以強(qiáng)化 PCM容器內(nèi)的傳熱.球形 PCM容器是相變儲熱應(yīng)用中典型的容器形狀，常見于堆積床型的儲熱換熱器等.目前關(guān)于添加翅片對球形容器內(nèi)部熔化過程的影響尚缺乏系統(tǒng)性研究.有鑒于此，浙江大學(xué)能源工程學(xué)院范利武研究組采用數(shù)值模擬與可視化試驗相結(jié)合的方法研究了等溫加熱條件下添加不同高度環(huán)形翅片時球形容器內(nèi)的約束熔化過程及其傳熱特性.研究結(jié)果表明，添加環(huán)形翅片不僅起到了預(yù)期的增強(qiáng)導(dǎo)熱的作用，還能夠強(qiáng)化翅片附近特定區(qū)域的自然對流傳熱，在兩種傳熱機(jī)理的協(xié)同作用下顯著加快了儲熱速率.封面顯示的是含翅片球形 PCM容器內(nèi)熔化過程中不同時刻固液相界面形狀的可視化測量與模擬結(jié)果（內(nèi)）以及溫度場和流線的模擬云圖（外）.詳見朱子欽等人文（p1125）.

相變材料在含翅片球形容器內(nèi)的約束熔化傳熱過程

朱子欽，肖勝藍(lán)，施松鶴，等

為了定量評估翅片對球形容器內(nèi)相變材料儲熱性能的影響，本文采用數(shù)值模擬與試驗相結(jié)合的方法研究了等溫加熱條件下添加不同高度環(huán)形翅片時球形容器內(nèi)的約束熔化傳熱過程.數(shù)值模擬中采用焓模型描述相變過程，并利用有限容積法求解控制方程.與可視化試驗結(jié)果的對比表明，該方法可以較好地預(yù)測熔化過程中固液相界面的演化趨勢.通過對數(shù)值模擬得到的熔化過程中自然對流流形和溫度場的分析可以發(fā)現(xiàn)，添加環(huán)形翅片不僅起到了增強(qiáng)導(dǎo)熱的作用，還能夠強(qiáng)化翅片附近特定區(qū)域的自然對流傳熱.在本文所研究的工況下，添加高度與球體半徑之比為0.25，0.50和0.75的翅片可以使總?cè)刍瘯r間分別減少約10.6%，20.2%和28.7%，顯著加快了球形容器的儲熱速率.

相變材料；儲熱；球形容器；翅片；約束熔化；強(qiáng)化傳熱

來源出版物：科學(xué)通報，2015，60（12）： 1125-1131聯(lián)系郵箱：范利武，liwufan@zju.edu.cn