相变蓄热单元管FLUENT软件 泡沫金属强化传热数值模拟硕士论文

1、填充泡沫金属的相变蓄热单元管热性能研究化工过程机械， 2011， 硕士【摘要】 吸热蓄热器是空间站太阳能热动力发电系统（Space Solar Dynamic Power SystemSSDPS）的关键部件,其采用的蓄热方式是高温相变蓄热。高温相变蓄热大都选用氟盐作为相变材料（Phase Change MaterialPCM）,由于固液密度不同,PCM在相变过程中会产生空穴,这严重影响了蓄热容器的传热性能及结构可靠性。为改善氟盐PCM带来的不良影响,本文采用在PCM中填充泡沫金属的措施,泡沫金属以其高导热、质轻、高比热等特点作为填充物,成为强化相变蓄热的有效手段,泡沫骨架在强化PCM导热的同时

2、还能分散空穴分布,有效降低因空穴集中而产生的恶化PCM传热的影响。在航天、航空等领域有着广阔的应用前景。本文以太阳能热动力发电系统地面模拟试验中采用的吸热蓄热器内部的相变蓄热单元管为研究对象,选择氟盐80.5LiF-19.5CaF2作为蓄热材料,钴基合金Haynes188作为PCM容器及工质导管材料,并采用孔隙率为95%的多孔泡沫镍来研究单元管内部的强化传热情况。主要研究内容如下:（1）基于焓法,建立了相变蓄热单元管的数学模型,并考虑了由于空穴对.更多还原【Abstract】 Heat Receiver is the key component of the space solar dynam

3、ic power systems （Space Solar Dynamic Power SystemSSDPS）, it adopts the method of high temperature phase change thermal storage, in which the molten salt is usually selected as PCM. However, solid density of PCM is different from its liquid density, which will cause cavity in the phase change proces

4、s. The cavity will seriously affect the heat transfer performance and structure reliability of heat storage container. Therefore, PCM is en.更多还原 【关键词】 相变蓄热单元管； FLUENT软件； 泡沫金属； 强化传热； 数值模拟； 【Key words】 phase change thermal storage unit tube； FLUENT software； metal foam； enhance heat transfer； numerica

5、l simulation； x摘要 4-5 Abstract 5-6 第1章 绪论 9-16 1.1 课题研究背景和现实意义 9 1.2 国内外相变蓄热及强化的研究进展 9-13 1.2.1 加入多孔介质 10-11 1.2.2 在相变材料中分散高导热颗粒 11-12 1.2.3 安置金属结构 12 1.2.4 添加具有高导热率、低密度的填充材料 12-13 1.3 国内外对相变蓄热系统进行数值模拟的研究 13-14 1.4 存在的不足及待深入研究的问题 14 1.5 本课题的来源及主要研究内容 14-16 第2章 相变蓄热理论及数值求解 16-23 2.1 相变传热的特点 16 2.2 相变

6、传热问题的数学模型 16-18 2.2.1 温度法模型 16-17 2.2.2 焓法模型 17-18 2.3 相变传热的数值求解 18-19 2.3.1 数值求解方法 18 2.3.2 数值求解步骤 18-19 2.4 利用FLUENT 模拟相变问题的基本理论 19-22 2.4.1 FLUENT 简介 19-20 2.4.2 FLUENT 求解相变问题的融化/凝固模型 20-22 2.5 本章小结 22-23 第3章 相变蓄热单元管的结构及选材 23-29 3.1 相变蓄热单元管的应用及结构 23-24 3.1.1 相变蓄热单元管的应用 23-24 3.1.2 相变蓄热单元管结构 24 3.

7、2 相变材料及封装容器材料的选择 24-25 3.3 多孔泡沫金属基的选择 25-27 3.3.1 泡沫金属的结构特征 25-26 3.3.2 泡沫金属基体的选择 26-27 3.4 相变材料和基体的化学相容性研究 27-28 3.5 本章小结 28-29 第4章 物理及数学模型的建立和处理 29-40 4.1 物理模型的建立 29-30 4.2 单元管数学模型分析 30-31 4.3 空穴传热模型 31-32 4.4 利用FLUENT 计算过程中参数的设置 32-39 4.4.1 模型的建立及网格划分 32-34 4.4.2 初始和边界条件 34-35 4.4.3 FLUENT 参数设置 35-39 4.5 本章小结 39-40 第5章 数值模拟计算结果及分析 40-58 5.1 工质的不同进口温度的影响 40-45 5.2 工质的不同进口流量的影响 45-49 5.3 外壁不同热流的影响 49-53 5.4 温度场及液相率分布云图