1 概述

相變儲能是提高能源利用率非常有效的手段之一

，憑借儲能密度大、相變過程溫度穩(wěn)定，廣泛應用于電子元件散熱、工廠余熱回收、建筑、太陽能、電力等領域

。相變材料的選擇是儲能的關鍵，常用相變材料包括無機相變材料、有機相變材料、復合相變材料，但由于大多數相變材料存在熱導率低的缺點，導致相變過程儲能速率大幅降低。為了提高相變材料的熱導率，提升相變儲能速率，研究人員通過向相變材料中添加高導熱納米顆粒

、膨脹石墨

、膨脹珍珠巖

、金屬骨架

等材料，以及相變材料微膠囊化

，以強化傳熱。

與其他強化傳熱方式相比，金屬骨架憑借熱導率高、成本低、實驗過程簡便等優(yōu)點，成為首選的實驗研究對象。田東東等人

將不同厚度的金屬泡沫銅與石蠟制備成復合相變材料進行可視化實驗，結果表明，添加金屬泡沫銅可明顯增強相變材料導熱強度，并且導熱強度隨著泡沫銅厚度的增大而增大。徐眾等人

將金屬泡沫銅、金屬泡沫鎳、金屬泡沫鋁與石蠟制備成多種復合相變材料，并研究其傳熱性能，結果表明，添加金屬泡沫銅的復合相變材料溫度分布均勻性最好，溫度在35～50 ℃時，金屬泡沫鋁-石蠟復合相變材料的相變儲能時間最短。萬倩等人

將石蠟填充到金屬泡沫鐵中，研究復合相變材料的儲熱性能，結果表明，添加金屬泡沫鐵能明顯提升石蠟的熱導率，強化傳熱，縮短相變時間。喻家?guī)偷热?/p>

將石蠟填充到金屬泡沫-翅片管中，研究復合相變材料的儲熱性能，結果表明，金屬泡沫-翅片管加速了相變材料熔化進程，縮短了相變時間。Xiao等人

采用真空浸漬法，在石蠟中分別添加金屬泡沫銅、金屬泡沫鎳制備復合相變材料研究其熱導率變化，結果表明，添加金屬泡沫鎳的復合相變材料的熱導率比純石蠟提高3倍，熔化時間大幅縮短。

高齡老年人群是股骨粗隆間骨折的高發(fā)人群，經非手術途徑治療股骨粗隆間骨折患者在一年后死亡的發(fā)生率高達20%，髓內釘治療是不穩(wěn)定股骨粗隆間骨折患者的最佳治療方式，而髓內、髓外固定對于穩(wěn)定性股骨粗隆間骨折均適用，股骨粗隆間骨折是否穩(wěn)定的關鍵是內后側皮質是否連續(xù)，內側弓的完整性與后側皮質的粉碎程度是決定股骨間粗隆穩(wěn)定與否的兩個重要因素。

一個完整的數據包應由起始符、命令單元、識別碼、數據加密方式、數據單元長度、數據單元和校驗碼組成，數據包結構和定義見表1所示。除數據單元長度可變，剩余部分固定為24字節(jié)。多字節(jié)構成的數據，統(tǒng)一按照高字節(jié)在后，低字節(jié)在前的順序編碼和取用。

綜合來看，將相變材料與金屬骨架結合可顯著強化傳熱，提高相變儲熱速率。目前，研究人員基本研究單一金屬骨架或結構相同而材料不同的金屬骨架對相變材料相變傳熱的影響，很少將不同結構的金屬骨架與相變材料結合起來研究。本文分別將2種三維金屬骨架(面中心法金屬骨架、圓柱交叉金屬骨架)加入純相變材料(石蠟)制備復合相變材料1、2。采用數值模擬方法，研究相變傳熱過程，分析加熱過程中純相變材料、復合相變材料的溫度變化、液相率變化、速度場分布。

2 模型建立

2.1 物理模型

單個金屬骨架結構見圖1。單個面中心法金屬骨架見圖1a，單個圓柱交叉金屬骨架見圖1b，結構上比面中心法金屬骨架簡單，為3個圓柱垂直交叉相貫而成。

將兩種結構金屬骨架分別進行疊加(見圖2)后放入長×寬×高為5 cm×2 cm×5 cm的純相變材料方腔中(見圖3)組成復合相變材料1、2，未加入金屬骨架的純相變材料方腔稱為純相變材料。設定金屬骨架被石蠟完全包裹，兩種復合相變材料的孔隙率(石蠟體積占方腔總體積的比例)均為0.9，金屬骨架材料為鋁硅合金，物性參數見表1。石蠟的物性參數見表2。

在數值模擬中，純相變材料、復合相變材料的初始溫度均為25 ℃，方腔左壁面為加熱面，溫度為65 ℃，其他壁面絕熱。以加熱過程方腔中心線的溫度變化反映方腔內部溫度變化，加熱面及中心線位置見圖4。

2.2 數學模型

當

=0時，為固相區(qū)；當

=1時，為液相區(qū)；當0<

<1時，為糊狀區(qū)。

3種網格數下復合相變材料2液相率隨加熱時間的變化見圖5。由圖5可知，3種網格數對應的熔化完成時間均在800 s左右。在600 s時，3種網格數(362 254、1 009 261、2 403 483個)對應的液相率分別為0.854、0.879、0.866，表明網格數量對復合相變材料液相率影響不大，因此數值模擬時網格數選取粗化類型(1 009 261個)。

圖7所示為加熱溫度為460℃、500℃和540℃，保溫時間為30min、35min、40min和45min條件下退火時薄壁銅管抗拉強度的變化曲線。

兩步先驗信噪比估計法避免了延遲問題的同時還保持了“直接判決”法的優(yōu)點,使用兩步估計法使得對Priori SNR的估計更加準確,最終使得增強算法性能得到提升。

——液相石蠟體積，m

加熱時間5、10、15 min純相變材料、復合相變材料中心線溫度分布分別見圖7～9。由圖7可知，對于純相變材料，3種加熱時間沿中心線長度方向溫升并不顯著，15 min時中心線最右側的溫度仍接近初始溫度(25 ℃)，說明熱量向右側傳遞緩慢，主要原因為石蠟熱導率低。由圖7～9可知，與純相變材料相比，加入金屬骨架可顯著提高沿中心線長度方向的溫升，加速熱量向右側傳遞。15 min時，復合相變材料1、2中心線最右端的溫度分別為61.13、62.52 ℃，說明圓柱交叉金屬骨架對提高相變材料熱導率的作用更加明顯。與圓柱交叉金屬骨架相比，加入面中心法金屬骨架的復合相變材料1，加熱過程中在中心線長度方向上的溫度波動幅度更小。

高血壓合并冠心病患者的臨床治療需要控制血壓,降低血脂,在治療的時候不要攝入油膩辛辣的食物[3]。臨床上常用利尿劑、血管緊張素轉換酶抑制劑、硝酸酯類等藥物治療高血壓合并冠心病[4]。高血壓合并冠心病的臨床發(fā)病機制復雜多樣,單純的西醫(yī)治療效果不夠理想,高血壓合并冠心病對中老年健康造成了非常大的危害,對患者的生活質量產生了嚴重的影響,臨床中一直都在尋找可靠有效的治療方式,臨床中可以選擇中西結合的治療方式。

伴隨著社會民眾生活質量的不斷提升，廣大孕婦對孕期營養(yǎng)狀況予以了充分的關注度，但受孕婦活動量不足的影響，也加劇了孕期營養(yǎng)過剩問題的產生，增加了難產和巨大兒等不良妊娠結局的發(fā)生幾率。受孕婦營養(yǎng)攝入過量、運動缺乏和孕期躁動的影響，使得孕婦極容易產生焦慮和抑郁心理，這也推動了其血糖水平的上升[1]。若孕婦的血糖水平超出標準范圍，則其發(fā)生早產、流產的幾率會大大增加，極容易對自身和胎兒的生命健康形成威脅。目前，現(xiàn)階段，臨床通常將控制血糖水平作為防控妊娠糖尿病高危孕婦發(fā)生不良結局的重要途徑。基于此，該研究主要分析了實施綜合管理改善妊娠糖尿病高危孕婦妊娠結局的影響，現(xiàn)總結如下。

相變傳熱過程是一個復雜多變的非線性傳熱過程，包括石蠟熔化過程中液相的自然對流傳熱，石蠟與金屬骨架間的導熱及對流傳熱

。相變發(fā)生時可將相變區(qū)域劃分為固相區(qū)、液相區(qū)、糊狀區(qū)，且隨熔化的進行出現(xiàn)3區(qū)共存的現(xiàn)象。

式中

——液相率

在抓好核桃產業(yè)發(fā)展的同時，要加大招商引資力度，積極引進和培育具有市場競爭優(yōu)勢、帶動能力強的龍頭企業(yè)，提高核桃深加工能力，挖掘核桃的潛在經濟效益，不斷拉長核桃生產的產業(yè)鏈條，逐步實現(xiàn)生產、加工、銷售一體化，提高經濟效益。全縣4266.7hm2核桃進入盛果期后，每年核桃干果總產量將達到1800×104kg以上。除部分用于直接食用外，絕大部分需進行深加工。因此，大荔縣必須引入或建立龍頭加工企業(yè)以解決核桃銷路。

2.3 網格無關化驗證

采用COMSOL Multiphysics有限元軟件進行數值模擬。以復合相變材料2為例，采用物理場控制網格將其劃分為較粗化、粗化、常規(guī)3種類型，分別對應網格數362 254、1 009 261、2 403 483個。

為了簡化計算，建立數學模型時進行以下設定：石蠟物性參數均勻，各向同性，在一定溫度區(qū)間下熔化。液相石蠟為牛頓不可壓縮流體，滿足Boussinesq假設。相變過程中金屬骨架物性參數恒定。石蠟在相變時存在糊狀區(qū)，忽略相變過程中體積變化。石蠟熔化后會產生自然對流，忽略流動過程中的黏性耗散。復合相變材料相變傳熱過程的控制方程見文獻[23]，液相率

的計算式為：

3 模擬結果及分析

3.1 溫度變化

純相變材料、復合相變材料平均溫度隨加熱時間的變化見圖6。由圖6可知，相同加熱時間，復合相變材料的平均溫度明顯高于純相變材料，說明金屬骨架加速了傳熱。2 850 s時，復合相變材料2平均溫度達到加熱溫度(65 ℃)。3 010 s時，復合相變材料1平均溫度達到加熱溫度(65 ℃)。模擬結束時(4 500 s時)，純相變材料的平均溫度達到63.35 ℃。

——石蠟總體積，m

3.2 液相率變化

對于純相變材料、復合相變材料，均選取

坐標為6.7 mm的

面進行分析。加熱時間為2、10、30、50 min純相變材料的液相率分布見圖11。圖11的標值同樣適用于圖12、13。由圖11a可知，對于純相變材料，熔化初期，相變界面(液相區(qū)與固相區(qū)的過渡區(qū))近似平行于加熱面，相變材料內部傳熱以導熱為主。隨著加熱的進行，在自然對流傳熱作用下，頂部熔化速率快于底部，出現(xiàn)角化現(xiàn)象(見圖11b)。隨著時間的推移，角化現(xiàn)象越來越明顯(見圖11c)。熔化后期，由于自然對流傳熱作用加強，方腔頂部石蠟完全熔化，相變界面形成圓弧形并逼近方腔右下角(見圖11d)。由此可知，純相變材料內部傳熱由導熱和自然對流傳熱共同作用形成。

純相變材料、復合相變材料液相率隨加熱時間的變化見圖10。由圖10可知，相同加熱時間，復合相變材料的液相率明顯高于純相變材料。在加熱初期，復合相變材料1液相率更高，添加面中心法金屬骨架更有利于加速相變蓄熱。

加熱時間為2、4、8、10 min復合相變材料1、2的液相率分布分別見圖12、13。在加熱時間為2 min時，復合相變材料1的相變界面與純相變材料相變界面相似，近乎平行于加熱面，復合相變材料2的相變界面呈波紋狀，主要原因為圓柱交叉金屬骨架比較稀疏，金屬骨架附近石蠟熔化比較快。由于面中心法金屬骨架表面積比圓柱交叉金屬骨架大，復合相變材料1的糊狀區(qū)較圓柱交叉骨架寬。在加熱時間為4 min時，相變界面開始向右傾斜，自然對流傳熱作用開始出現(xiàn)。隨著時間推移，液相區(qū)呈現(xiàn)出上寬下窄的形狀。因此，復合相變材料內部的傳熱也是由導熱與自然對流傳熱共同作用形成。由圖12、13可知，相同加熱時間，復合相變材料1的液相區(qū)大于復合相變材料2，且相變更加均勻。

3.3 速度場分布

為分析純相變材料與復合相變材料在相變過程中內部速度場的變化，在垂直加熱面方向做2個截面(分別位于

坐標的25%、75%處)，得到加熱時間為10、15、20 min時純相變材料、復合相變材料截面的速度云圖，分別見圖14～16。由圖10可知，純相變材料完全熔化時間為4 320 s，復合相變材料1、2的完全熔化時間均為830 s。因此，圖14a、15a、16a均為純相變材料未完全熔化狀態(tài)的速度云圖，圖14b、14c分別為復合相變材料1、2接近完全熔化的速度云圖，圖15b、16b為復合相變材料1完全熔化狀態(tài)的速度云圖，圖15c、16c為復合相變材料2完全熔化狀態(tài)的速度云圖。

由圖14～16可知，對于純相變材料，熔化過程中，石蠟的流動主要集中在加熱面附近及左上角，角化現(xiàn)象明顯。對于復合相變材料，在接近完全熔化及完全熔化狀態(tài)，固態(tài)石蠟基本熔化完成，方腔內液態(tài)石蠟溫度基本趨于一致，自然對流強度減弱，復合相變材料1、2內石蠟的流動并不明顯。與復合相變材料2相比，復合相變材料1的速度場分布更加均勻。

4 結論

① 相同加熱時間，復合相變材料的平均溫度明顯高于純相變材料。對于純相變材料，熱量向方腔右側壁面?zhèn)鬟f緩慢，加入金屬骨架可加速熱量向方腔右側壁面?zhèn)鬟f。

② 相同加熱時間，復合相變材料的液相率明顯高于純相變材料。在加熱初期，復合相變材料1液相率更高，添加面中心法金屬骨架更有利于加速相變蓄熱。純相變材料內部傳熱由導熱和自然對流傳熱共同作用形成。復合相變材料內部的傳熱也是由導熱與自然對流傳熱共同作用形成。相同加熱時間，復合相變材料1的液相區(qū)域要大于復合相變材料2，且相變更加均勻。

③ 對于純相變材料，熔化過程中，石蠟的流動主要集中在加熱面附近及左上角，角化現(xiàn)象明顯。對于復合相變材料，在接近完全熔化及完全熔化狀態(tài)，固態(tài)石蠟基本熔化完成，方腔內液態(tài)石蠟溫度基本趨于一致，自然對流強度減弱，復合相變材料1、2內石蠟的流動并不明顯。與復合相變材料2相比，復合相變材料1的速度場分布更加均勻。

④ 面中心法金屬骨架的綜合性能更優(yōu)，適合作為相變材料的強化傳熱金屬骨架。

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