肋片长度对相变材料熔化过程影响的数值模拟

赵敬德 杜畅

东华大学环境科学与工程学院

0 引言

相变蓄热被广泛应用于建筑的空调与供暖、太阳能利用系统、和季节性蓄能[1-2]。但大多数相变材料的导热系数都很低，小于1 W/(m·K)，而高性能的相变系统往往要求在小温差（＜10°C）工况下运行。因此，固液相变的高效传热技术是提高相变蓄能装置性能的技术关键。

在蓄能装置中加设肋片是最主要的强化传热措施，研究者们基本都是在肋片的长度，宽度，厚度，间距和角度等方面入手研究强化效果[3-5]。

但目前对蓄热器肋片的研究结果缺少更具体和精确的结论，对实际应用中蓄热器的结构优化的指导意义不大。本文在典型三套管蓄热器模型的基础上，对纵向肋片的长度进行了更精细的划分，对光管蓄热器与7 种肋长的蓄热器的熔化过程进行了模拟，揭示了纵向肋片对三套管式相变蓄热器的强化传热的机理，研究了肋片长度对熔化过程的影响，为三套管式相变蓄热器的结构优化提供了一定的参考方向。

1 数理模型

1.1 物理模型

本文研究的三套管式相变蓄热器结构示意图如图1 所示，模型内管半径ri=25.4 mm，壁厚1.2 mm。中间管半径rm=75 mm，壁厚2 mm。外管半径ro=100 mm，壁厚2 mm。管和肋片的材料为铜，相变材料填充在中间管，热流体通过内管和外管。本文在进行数值模拟时，省去了外管并忽略了管壁厚度，将物理模型简化为二维模型，如图2 所示。本文在文献[3]的典型三套管蓄热器模型的基础上，对纵向肋片的长度进行更为精细的划分，设置了7 种肋片长度的蓄热器模型，肋片参数如表1 所示。……