固液相变的数值模拟与实验研究

admin · 发表于 2024-2-1 09:53:16

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本文介绍了相变现象发生的机理和固液相变在蓄热及热控制方面的应用研究。对比分析了研究相变题目的焓法和显热容法。详细介绍了焓法的数学模型和fluent建立并求解相变题目的焓-多孔理论。分别介绍了fluent中的凝固/熔化模型、Boussinesq假设和多孔介质边界条件。采用fluent软件建立了两壁面绝热的二维矩形腔模型，分别模拟了重力条件下相变材料在方腔内伴随有自然对流的熔化过程和多孔介质内的相变过程，得到了计算区域内各时刻的温度分布和固液两相界面的形状。将计算结果分别与相关实验或理论研究结果对比，验证了模型的可靠性。采用fluent软件建立了空间太阳能热动力发电系统吸热蓄热器换热管蓄热单元体的三维模型，设置了大小两种工质气体流量和在PCM容器填充泡沫镍这3种不同状态，分别模拟了重力条件下单个轨道周期内蓄热单元体的蓄放热过程。计算得到了轨道周期内各时刻蓄热单元体的温度分布、PCM容器内壁面的平均热流以及PCM相变区域的平均液相体积分数。分析了重力场、模拟太阳辐射热流和工质气体流量对计算区域温度分布及蓄热性能的影响。对比了填充泡沫镍前后的计算结果，验证了泡沫镍能够强化传热，提升蓄热单元体的蓄热性能。介绍了典型的空间太阳能热动力发电系统的主要组成装置及其参数设计。参考国外的相关研究成果，完成了吸热蓄热器单元管性能地面模拟实验的方案设计和实验件的设计加工。

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