强制对流条件下不同传热流体对含相变材料柱形容器放热性能的影响

摘要

本文采用数值模拟方法研究了强制对流条件下不同传热流体对含相变材料柱形容器的放热性能的影响。以空气、氢、水和含氧化铝颗粒的纳米流体作为传热流体,同时考虑了含相变材料(PCM)区域的结构变化,采用有限元法进行求解。研究了不同传热流体类型、雷诺数(100~300)和含PCM区域结构变化(h_(x)在0.01d_(1)~0.65d_(1),h_(y)在0.1h_(1)~0.4h_(1))下不同相的换热动力学特征。研究发现,换热流体类型对放热时间影响较大,以空气为换热流体时相变完成时间比以空气为换热流体时的长10倍以上,而以纳米流体为换热流体时的时间最短。当含PCM区域减小时,放热时间缩短。含PCM区域的结构导致涡流的形成,这使在内筒的半径和高度最大处的性能下降。当内筒半径从h_(x)=0.35d_(1)增加到h_(x)=0.45d_(1)时,放热时间延长约12%。在不同雷诺数下,PCM的温度和液体组分的动态特性均受雷诺数的影响,与最小雷诺数相比,最大雷诺数下的PCM的放电时间缩短了48%左右。