金属蜂窝增强相变材料熔化储热试验与数值模拟OA北大核心CSTPCD

金属蜂窝增强相变储能系统是提升潜热储能效率的先进技术之一。为了研究其熔化储热性能,首先设计出循环水加热系统,解决稳定、均匀热源问题。随后开展恒定温度下增强相变材料的熔化储热试验,获得热量传输和熔化边界演化特征。试验研究发现,金属蜂窝主要通过提升热传导率、削弱自然对流运动以及改变熔化储热模式等角度影响熔化储热效率。为了量化金属蜂窝的影响,建立流-固-热三场耦合下的熔化储热计算模型。计算结果表明,5×5金属蜂窝构建的高导热通道可使热传导率提升39.7倍,同时将液相自然对流传热效应削弱至19.1%,整体熔化储热效率提升了67.1%。储热速率提升主要集中在0<f <0.5阶段,而0.50<f <1阶段的平均储热速率与纯相变材料基本一致。在热传导与自然对流传热的竞争下,熔化储热效率随蜂窝数目增长呈现先减小后增大的变化趋势,其中3×3蜂窝结构的储热效率最低。蜂窝数目在(1×1)~(3×3)的范围内时,热量传输由液相自然对流传热所主导;当蜂窝数目大于3×3后,热量传输将转变为金属蜂窝热传导主导。