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[能源与动力工程] 含针翅结构的复合相变腔体传热特性

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admin 发表于 2025-1-18 20:58 | 查看全部 阅读模式

含针翅结构的复合相变腔体传热特性
摘要:摘要相变材料具有相变潜热大、热稳定性好等优点,但自身存在导热系数低、换热储能效率低等问题。为改善相变材料导热系数低的问题,采用数值模拟方法,模拟在石蜡腔体内添加铜针翅的复合相变过程,分析加热面和针翅在腔体上方、左侧、下方的模拟工况,并且深入探讨不同工况下针翅对石蜡相场、温度场、速度场、融化时间和储热效果的影响。结果表明:顶部加热和布置针翅会严重抑制自然对流的形成,降低换热效率,延长完全融化时间。加热面和针翅布置于方腔底部时,明显改善了方腔内液相石蜡的分布,使得热量更加均匀地分布在整个腔体中,对相变材料的融化促进效果最优。完全融化时间比纯石蜡融化缩短了63.7%,储热速率达到了16.55 W,是顶部布置加热面和加热针翅的6.84倍。

Abstract::Phase change materials have the advantages of large latent heat for phase change and good thermal stability. However, they also present challenges such as poor thermal conductivity and low heat transfer, and energy storage efficiency. To address the issue of low thermal conductivity in phase change materials, this paper employs numerical simulation to investigate the composite phase change process by adding copper needle fins to the paraffin cavity. It analyzes the simulated working conditions at the heating surface and the needle fins located at the top, left, and bottom of the cavity. The results indicate that the combined effect of top heating and the arrangement of needle fins significantly suppresses the formation of natural convection, reducing heat transfer efficiency and prolonging the total melting time. When the heating surface and needle fins are arranged at the bottom of the cavity, the distribution of the liquid phase of paraffin within the cavity is significantly enhanced, resulting in a more uniform distribution of heat throughout the cavity and more effective promotion of the melting of the phase change materials. The total melting time was reduced by 63.7% compared to pure paraffin. The energy storage rate reached 16.55 W, 6.84 times higher than the configuration with the heating surface and needle fins integrated at the top.

中文标题:含针翅结构的复合相变腔体传热特性
英文标题:Heat Transfer Characteristics of Composite Phase-Change Cavities with Needle-Fin Structure
发表时间:2024-03-14

作者:
仲崇龙, 陈宝明, 李坤, 马超富, 李鸿臣
作者简介:
仲崇龙(2000-),男,硕士研究生,主要从事多孔介质相变传热、相变储能研究。陈宝明(1963-),男,博士,教授,博士生导师,主要从事复杂介质和体系里的流体流动和传热传质研究。

关键词:针翅,相变,数值模拟,储热速率,
Key words:needle fins,phase change,numerical simulation,heat storage rate,
2025-1-18 20:58 上传
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