重力对树状肋相变储热换热器性能影响的数值研究
The Influence of Gravity on the Performance of Tree-Ribbed Phase Change Heat Storage Heat Exchangers Numerical Research
DOI: 10.12677/aepe.2025.136030, PDF,    科研立项经费支持
作者: 张永春*, 孙 健, 李 然:江苏省特种设备安全监督检验研究院,江苏 南京;周小明:河海大学电气与动力工程学院,江苏 南京;谭 锐:国能南京电力试验研究有限公司,江苏 南京;杨 可:河海大学材料科学与工程学院,江苏 常州
关键词: 相变储热换热器重力加速度树型肋片数值研究Phase Change Heat Storage Heat Exchanger Gravitational Acceleration Tree-Shaped Ribs Numerical Research
摘要: 为了揭示重力对树状肋相变储热换热器性能的影响,本文选择月桂酸作为相变材料,肋片的材料取铝合金6061,建立了相变传热数值计算模型,对相变储热器的温度变化、相变界面变化进行瞬时研究。分析了树状肋结构储热换热器的传热规律及重力加速度对储热单元的换热效果的影响。结果表明,肋片的加入对相变传热的影响显著,肋片强化了系统内部的传热过程,进而控制相界面的分布及演化过程。重力加速度对自然对流强度具有决定性的影响,重力加速度较大时能够有效强化热量传递,提升相变材料的相变速率,提升相变储热器的储放热速率。通过本文研究为空间相变储热器的研究提供了理论指导。
Abstract: To reveal the influence of gravity on the performance of tree-ribbed phase change heat storage heat exchangers, lauric acid was selected as the phase change material in this paper, and aluminum alloy 6061 was chosen as the material for the ribs. A numerical calculation model for phase change heat transfer was established, and the temperature changes and phase change interface changes of the phase change heat storage were studied instantaneously. The heat transfer law of the tree-ribbed structure heat storage heat exchanger and the influence of gravitational acceleration on the heat exchange effect of the heat storage unit were analyzed. The results show that the addition of fins has a significant impact on phase change heat transfer. Fins enhance the heat transfer process within the system, thereby controlling the distribution and evolution process of the phase interface. The acceleration due to gravity has a decisive influence on the intensity of natural convection. When the acceleration due to gravity is large, it can effectively enhance heat transfer, increase the phase change rate of phase change materials, and improve the heat storage and release rate of phase change heat storage devices. This paper provides theoretical guidance for the research on space phase change heat storage devices.
文章引用:张永春, 孙健, 李然, 周小明, 谭锐, 杨可. 重力对树状肋相变储热换热器性能影响的数值研究[J]. 电力与能源进展, 2025, 13(6): 278-289. https://doi.org/10.12677/aepe.2025.136030

参考文献

[1] 公雪, 王程遥, 朱群志. 微胶囊相变材料制备与应用研究进展[J]. 化工进展, 2021, 40(10): 5554-5576.
[2] 甘玉娟, 彭浩, 王一峰. 微重力下内嵌翅片蓄热腔体内相变材料的融化传热特性[J]. 热能动力工程, 2020, 35(12): 108-114.
[3] 李达, 杨春信, 杨涵, 廖俊元. 微重力下复合相变材料的热控性能数值仿真[J]. 载人航天, 2019, 25(6): 709-714.
[4] Chandrmani, Y. and Rekha, S.R. (2021) Effect of Nano-Enhanced PCM on the Thermal Performance of a Designed Cylindrical Thermal Energy Storage System. Experimental Heat Transfer, 34, 356-375. [Google Scholar] [CrossRef
[5] Wang, L. and Jian, L.J. (2013) Application of Phase Change Materials in Spacecraft. Spacecraft Environment Engineering, 30, 522-528.
[6] 邵兴国, 向艳超, 谭沧海. 嫦娥一号卫星热控设计中热管的应用及验证[J]. 航天器工程, 2008(1): 63-67.
[7] 王文焕, 王炯铭, 左绍俊, 等. 基于热用户参数变化的汽轮机组协调供热特性研究[J]. 电力科技与环保, 2022, 38(1): 1-9.
[8] 朱法华, 徐静馨, 潘超, 等. 煤电在碳中和目标实现中的机遇与挑战[J]. 电力科技与环保, 2022, 38(2): 79-86.
[9] 孙俊威, 葛荣存, 戴维葆, 等. 烟气再循环对二次再热锅炉省煤器运行影响研究[J]. 电力科技与环保, 2022, 38(2): 95-101.
[10] 郝宁, 蒋俊, 刘传亮, 等. 大型中温斜温层储水罐蓄热性能分析[J]. 电力科技与环保, 2024, 40(6): 635-645.
[11] 王兴, 乔杰, 王东, 等. CFB锅炉分离器脱硝特性数值模拟研究[J]. 电力科技与环保, 2024, 40(6): 615-624.
[12] 赵耀华, 吕俊复, 李少华. 低温回水热电联产供热技术和运行特性研究综述[J]. 电力科技与环保, 2024, 40(6): 572-581.
[13] 朱法华, 徐静馨. 双碳背景下中国与主要发达国家电力低碳转型比较[J]. 电力科技与环保, 2024, 40(6): 561-571.
[14] 满雅萌, 魏天洋, 钱潇然, 等. 基于翅片管的固-液相变储热型换热器的模拟研究[J]. 电力科技与环保, 2024, 40(5): 533-543.
[15] 胡伟, 胡德浩, 宋捷, 等. 固体燃料熔融盐热转化研究进展[J]. 电力科技与环保, 2024, 40(4): 434-443.
[16] 孙婉玉, 蒋天茁, 付强, 等. 谷电储能供暖系统优化设计方法[J]. 电力科技与环保, 2024, 40(3): 286-295.
[17] 张留淦, 邓硕, 叶楷, 等. 基于工质相变的变容储气A-CAES系统技术经济性分析[J]. 电力科技与环保, 2024, 40(3): 266-275.
[18] 翟璇, 王松, 范小平, 等. 基于压缩CO2的新型储能技术研究进展[J]. 电力科技与环保, 2024, 40(2): 178-190.
[19] 李博, 石红晖, 马强, 等. 风电-火电-压缩空气储能综合能源系统运行特性研究[J]. 电力科技与环保, 2024, 40(2): 168-177.
[20] 邢令利, 李凤合, 蔺新星, 等. 基于数据中心余热的CO2热泵储能系统构建及性能分析[J]. 电力科技与环保, 2023, 39(6): 514-523.
[21] 陈吉翔, 殷戈, 陈国庆, 等. 铅铋合金/硅酸锆颗粒双介质相变储热性能及演化规律数值研究[J]. 电力科技与环保, 2023, 39(5): 457-464.
[22] 杨玉, 李红智, 张一帆, 等. 大型印刷电路板换热器传热性能数值模拟研究[J]. 电力科技与环保, 2023, 39(3): 249-255.