存储热能的潜热比显热以来更有利可图的某些材料的潜热远远大于它的显热。因为它是存储在潜热,它涉及到熔化过程。材料用作热能存储通常称为相变材料(潜热)材料经验melting-solidification周期。当材料从固体变为液体,它吸收热能从它的环境。相反,当它改变从液体到固体,它释放能量。任何能量吸收或释放时相变称为潜热( 1]。

蓄热器的目的是收集能源在生产过剩。因此,必须满足的一个参数是充电时间( 2)定义为时间的量热系统储存能量。当存储热能,将热量转移到PCM引发了熔化过程。由于吸附形式主要是固体,由于传导传热。当它开始融化,液体PCM开始移动,热量的传递是由于对流。

一些实验或数值研究都是为了发现进行石蜡融化传热过程的特点。Trp [ 3)进行了实验和数值研究壳管的热储存系统。结果表明,有一个很好的协议之间的数值方法和实验石蜡非等温融化。当充电时,PCM的温度随着时间的增加,直到它开始融化。的传热主要是传导加热过程的开始。随后,有一个过渡时期,传导和对流同时发生。然后,融化过程持续和对流传热为主,导致固体颗粒的PCM沉到水底,而液体粒子上升导致熔化过程要快。

传导开始融化过程中也发现了亨德拉et al。 4]在分析最初的对流系数非常高,然后很快下降到一个特定的值。然后,它慢慢地夷为平地之前一定程度再次上升。对流系数的下降从一个高价值的一个特定点的开始加热过程表明,传热主要是传导。此外,发现固液界面从上到下的轴向方向主要是由于自然对流的作用。

液固界面的形式表明,传热在融化过程中,作为提出Dhaidan et al。 5]。他在熔化过程进行了实验和数值研究在一个方形的容器。容器受到恒定热流的垂直墙而另一边是孤立的。结果是融化是由传导在早期阶段的液固界面是平行于墙垂直热。在稍后的时间,对流开始被提升和固液界面开始形成一个拱形。同样的事情也说了何鸿燊和高 6]。对流流开发的融化,充当对流机制,产生更高的熔化速率的顶部外壳如图所示,固液界面的曲率较高。

显然,努塞尔特数描述四个阶段的传热在融化过程中,传导,过渡,强烈对流,对流消失。Shokouhmand告诉和Kamkari [ 7),他们进行了一项实验研究融化传热的特点的月桂酸单面加热垂直矩形热存储单元。结果是,第一个阶段是传导的主要传热方式熔炼过程的早期阶段,然后其次是短暂的过渡。此外,对流主导融化过程的其余部分。对流的强度开始下降时,固液界面达到对面墙上。

enthalpy-porosity方法石蜡融化过程的数值分析的壳管式换热器被Hosseini等应用。 8]。在充电过程中,它显示了一个很好的协议之间的数值模拟结果与实验一个关于PCM的测量温度,甚至与其他研究相比是兼容的。除此之外,它也提出,从换热器传热PCM高度受到对流在液体层的一部分。实验研究表明,急剧上升的温度发生在壳的顶部由于PCM浮力的影响。

比较加热垂直墙壁和加热水平上是由Arasu和Mujumdar 9]。他们进行了数值分析的石蜡熔化过程<年代ub>2O<年代ub>3在一个方形外壳。热壁的温度在330 K保持不变,冷壁(热前墙)也不断在300 K,与其他墙壁绝热。结果表明,融化率和能量存储取暖加热的垂直墙大于水平墙上。另一方面,使用波纹换热器壁是由Kousksou et al。 10]。他们进行了数值研究融化在一个矩形腔波纹下盘其他墙被隔离的地方。墙底部的温度维持在38.3°C。腔充满了固体镓的初始温度28.3°C。结果表明,有一个熔化速率的增加表面波的振幅的价值。使用波纹表面允许增加波纹表面之间的传热和PCM。

PCM,石蜡提供了许多优势Sharma如上所述的其他材料等。 11]。据说,石蜡是可靠的,便宜,且耐腐蚀,化学稳定低于500°C,融化时,显示了小体积的变化。根据Ukrainczyk et al。 12),石蜡融化的温度41到75°C,总焓变化是228年至169年J / g,导热系数是0.19和0.21 W /可之间,和体积的变化当融化达到14.8%。根据Gasia et al。 13),石蜡不是有害健康,相变温度范围是50 - 61°C,和焓是120.11 kJ /公斤。找出潜热和熔化温度,示差热分析(DTA)和差示扫描量热计(DSC)使用。

这个3 d数值研究旨在评估nozzle-and-shell的熔化过程,tube-and-shell, reducer-and-shell模型。主要特点是温度分布,液固界面轮廓,液体分数,和表面努塞尔特数,而实验研究用于验证。

研究的方案图所示 1(一)。测试模块是nozzle-and-shell模型和喷嘴是铜做的厚度为0.5毫米,PVC的外壳厚度3毫米。聚苯乙烯泡沫塑料的隔离器是由10毫米的厚度。测试模块的位置是垂直的。尺寸和测试模块如图 1 (b)。

一个热电偶放置在测试模块的入口(<我nl我ne- - - - - -formula> T 我 n )和出口的测试模块(<我nl我ne- - - - - -formula> T o u t )。三个热电偶(<我nl我ne- - - - - -formula> T 1 ,<我nl我ne- - - - - -formula> T 2 ,<我nl我ne- - - - - -formula> T 3 )是嵌入到石蜡3毫米的深度和放置在不同高度测量融化过程中温度分布。

三个模型用于比较石蜡的融化过程如图所示 2,即nozzle-and-shell、tube-and-shell reducer-and-shell模型。

数值分析采用Ansys流利的软件来处理控制方程。几何模型是在子程序,Ansys的系统组件,结果如图 2。此外,该模型导出到程序组件,网格,生成和有界所需的字段。

在融化过程中,热墙设置在一个恒定的温度330 K和其他墙是绝热的。石蜡的初始温度是301 K。用户定义函数(udf)用于计算密度,导热系数,根据其温度和粘度的石蜡。简单的方案是作为一个解决方案的方法,而转眼间计划采用压力校正方程。一阶逆风计划用于解决动量和能量方程。下放松因素、压力、密度、动量和能量是0.3,,0.7,分别和1。连续性将收敛绝对标准<我nl我ne- - - - - -formula> 10 - - - - - - 3 能源,将<我nl我ne- - - - - -formula> 10 - - - - - - 7 。积分时间衍生品的时间步长设置为1。

图 3提出了不同网格啮合的情况下进行测试的主要计算。三个网格大小,包括55710、60980和68690个细胞,检查检查数值解的独立性。因此,60980个细胞被用于数值考虑准确性和时间。

下面是假设在这个数值研究发现:(<我nl我ne- - - - - -formula> 1 石蜡)热物理性质取决于温度;(<我nl我ne- - - - - -formula> 2 )液体流动的石蜡熔化过程是层流;(<我nl我ne- - - - - -formula> 3 液体石蜡是牛顿;(<我nl我ne- - - - - -formula> 4 )粘性耗散被忽视;(<我nl我ne- - - - - -formula> 5 体积的变化由于融化被忽视。

enthalpy-porosity技术( 8, 9)是用于建模的熔化过程液固界面没有显式跟踪。相反,液体分数在每步迭代计算基于焓的平衡。

焓计算的和明智的焓,<我nl我ne- - - - - -formula> h 潜热,<我nl我ne- - - - - -formula> H ( 9, 14]: (1) H = h + Δ H , 在哪里 (2) h = h r e f + ∫ T r e f T c p d T 和<我nl我ne- - - - - -formula> h r e f 是参考焓,<我nl我ne- - - - - -formula> T r e f 是参考温度,<我nl我ne- - - - - -formula> c p 定压比热容。

液体分数,<我nl我ne- - - - - -formula> β ,被定义为 (3) β = 0 如果 T < T 年代 o l 我 d u 年代 β = 1 如果 T > T l 我 问 u 我 d u 年代 β = T - - - - - - T 年代 o l 我 d u 年代 T l 我 问 u 我 d u 年代 - - - - - - T 年代 o l 我 d u 年代 如果 T 年代 o l 我 d u 年代 < T < T l 我 问 u 我 d u 年代 。 材料的潜热的内容现在可以写如下: (4) Δ H = β l , 在哪里<我nl我ne- - - - - -formula> l 是材料的潜热。

潜热的内容之间的物质可以改变零(固体)和<我nl我ne- - - - - -formula> l (液体)。

融化的问题,能量方程写成 (5) ∂ ∂ t ρ H + Δ · ρ v H = Δ · k Δ T + 年代 , 在哪里<我nl我ne- - - - - -formula> H 代表PCM的焓,<我nl我ne- - - - - -formula> ρ 是密度,<我nl我ne- - - - - -formula> v 是速度,<我nl我ne- - - - - -formula> T 是温度,<我nl我ne- - - - - -formula> k 是热导率,<我nl我ne- - - - - -formula> 年代 代表体积热源项,它等于零在目前的研究 10]。

找出石蜡的热特性测试的差热分析(DTA)是由使用铝(Al<年代ub>2O<年代ub>3)的参考材料和设置1°C /分钟升温速率。总结成功获得表中提供 1。

石蜡的密度和粘度取决于其温度。通过绘制它的值作为温度函数,获得的数据数据所示 4和 5。

验证是由比较结果的数值分析模型实验的结果。的温度分布进行了比较<我nl我ne- - - - - -formula> T 1 ,<我nl我ne- - - - - -formula> T 2 ,<我nl我ne- - - - - -formula> T 3 nozzle-and-shell模型图所示 6。从图可以看出,数值结果和实验结果有相同的模式,即使值是不同的。因为实验研究用绝缘体减少壳壁的传热对环境,同时,在数值研究中,外壳是绝热的。

在实验开始之前,水被煮水洗澡,直到温度达到330 K。在加热过程中,通过管道发生传导导致石蜡的温度上升,这样的价值观<我nl我ne- - - - - -formula> T 3 ,<我nl我ne- - - - - -formula> T 2 ,<我nl我ne- - - - - -formula> T 1 最初高于数值。在融化过程中,传热从石蜡对环境仍然发生造成的值<我nl我ne- - - - - -formula> T 3 ,<我nl我ne- - - - - -formula> T 2 ,<我nl我ne- - - - - -formula> T 1 成为低于数值。密度差异,最后融化过程,造成温度较高的液体石蜡外壳的顶部。因此,温度<我nl我ne- - - - - -formula> T 3 是最高的,其次是吗<我nl我ne- - - - - -formula> T 2 和<我nl我ne- - - - - -formula> T 1 ,分别。总而言之,一个好的协议整体之间的数值方法和实验。因此,下一个讨论使用数值分析的数据。

数值研究的结果,温度分布在融化过程中石蜡的nozzle-and-shell模型如图 7(一)。的初始温度<我nl我ne- - - - - -formula> T 1 ,<我nl我ne- - - - - -formula> T 2 ,<我nl我ne- - - - - -formula> T 3 是相同的。接下来,有温度的增加在不同时间的温度<我nl我ne- - - - - -formula> T 1 第一,紧随其后的是上升<我nl我ne- - - - - -formula> T 2 和<我nl我ne- - - - - -formula> T 3 ,分别。在这一时期,传热导电的温度点靠近喷嘴表面增加更快。

增加的热量吸收石蜡熔化温度的初始温度。中存储的热量形式的显热,在温度测量上升时间点。然后,从固体到液体石蜡开始改变自吸收的热量被用来改变阶段,温度在这个时间往往是不断随着时间的推移和存储的热量以潜热的形式。之后,有一个变化的石蜡温度吸收的热量被用来增加石蜡,直到温度的温度与热的温度是一样的。

tube-and-shell模型经历了不同的温度分布与nozzle-and-shell模型(图 7 (b))。早期的增加温度加热过程是同步的图形表示<我nl我ne- - - - - -formula> T 1 ,<我nl我ne- - - - - -formula> T 2 ,<我nl我ne- - - - - -formula> T 3 所有的一致。是因为管壁上的测温点都是相同的距离,所以在传导有温度均匀性的开始点。然后,<我nl我ne- - - - - -formula> T 3 以来首次增加石蜡熔化过程的顶部。后<我nl我ne- - - - - -formula> T 3 达到熔化温度,紧随其后<我nl我ne- - - - - -formula> T 2 和<我nl我ne- - - - - -formula> T 1 ,分别。石蜡融化后,温度再次上升直到等于热壁的温度。

reducer-and-shell模型的温度分布(图 7 (c))也进行了区别与nozzle-and-shell和tube-and-shell模型。增加温度加热过程的开头并没有同时发生。的温度<我nl我ne- - - - - -formula> T 3 增加第一紧随其后<我nl我ne- - - - - -formula> T 2 ,<我nl我ne- - - - - -formula> T 1 ,分别。它是由于测量的距离点对减速器各不相同,表面的距离<我nl我ne- - - - - -formula> T 3 对减速器的表面是最接近,紧随其后<我nl我ne- - - - - -formula> T 2 和<我nl我ne- - - - - -formula> T 1 。温度的急剧增加外壳的顶部是由于浮力的作用引起的液体石蜡和力量<我nl我ne- - - - - -formula> T 3 增加,直到温度与热的温度是相同的墙,紧随其后<我nl我ne- - - - - -formula> T 2 和<我nl我ne- - - - - -formula> T 1 ,分别。

图 8显示了固液界面的比较nozzle-and-shell, tube-and-shell, reducer-and-shell模型。获得的数据是通过液体的可视化结果分数在不同的时间在垂直切片轮廓。在融化过程的开始,它是由传导,由固液界面显示热壁平行。液体石蜡上升热平行墙因为有不同的密度和顶部聚集导致的温度变得更大。融化过程首先发生在顶部,然后液体石蜡搬过去了固体表面时释放热量。液体石蜡的运动是形成内部上下对流流动,此时通过对流传热为主。总的来说,nozzle-and-shell模型的熔化过程是最快的,其次是tube-and-shell和reducer-and-shell模型,分别。

蓄热器的一个重要参数是充电时间,它被定义为时间热系统来储存能量。它可以表示为图的液体部分,如图 9。液体分数对比的液体和石蜡的总量;如果该值等于1,这意味着所有石蜡已经变成液体。nozzle-and-shell模型的液体分数达到一个值等于1之前tube-and-shell模型。根据数据的数值结果,所需的时间达到液体分数的值等于1与nozzle-and-shell模型是6130年代,而8219年代tube-and-shell模型,和12280年代reducer-and-shell模型。tube-and-shell模型相比,nozzle-and-shell模型快15.3%,reducer-and-shell模型慢49.5%。

不过,总的来说,液体的一部分nozzle-and-shell模型的速度比tube-and-shell模型,它并非如此之初nozzle-and-shell模型的过程中液体分数不是更快,因为对流的影响在早期融化阶段,不是占主导地位;之后,对流的影响越来越强的增加液体部分由于热墙形式的喷嘴。相比之下,reducer-and-shell模型热墙是在形式的减速器相比显然不能增加对流管形式之一。

图 10显示了努塞尔特的三个模型;努塞尔特数始于一个相对较大的值。之后,努塞尔数迅速减少在这个阶段的传导。熔化过程开始发生但没有流体运动。之后,有一个从传导对流和液体开始移动,因为密度的差异。其次是强烈的对流和结束了对流消失,所有石蜡变成液体。

有一些不同的时间长度的强烈对流三种模式之一。nozzle-and-shell模型,它开始从400年代和2400年代结束了,这是2000年代。tube-and-shell模型,它是1450年代。reducer-and-shell模型,它是1750年代。相反的是在对流消失的最长reducer-and-shell模型,速度与tube-and-shell模型,一个是和最快的是nozzle-and-shell模型。

进一步解释强烈对流的发生,努塞尔特数和固液界面的数据关联,如图 11。强烈的对流消失的变化对流发生在固液界面的时间持续最长的。线从左下角和右上角的结束。强烈的对流地区的固液界面增加纵向。与此同时,在对流区消失,固液界面变得越来越短。

有一个不同的模式在nozzle-and-shell石蜡温度分布,tube-and-shell, reducer-and-shell模型。差异发生在熔化过程的开始由距离引起的测量分热墙。测量的近距离点的热壁导致气温上升更快。

融化的过程是由石蜡接近热墙。之后,液体石蜡上升热平行墙由于密度的差异。它聚集在顶部的外壳使顶部的温度变得更大。因此,熔化过程发生第一外壳的顶部。

当所有石蜡熔化过程完成已经变成液体。nozzle-and-shell模型完成了第一,其次是tube-and-shell和reducer-and-shell模型,分别。tube-and-shell模型相比,nozzle-and-shell快25.3%,reducer-and-shell慢49.5%。

强烈的对流发生与nozzle-and-shell模型是最长的,其次是tube-and-shell和reducer-and-shell模型,分别。