外文翻译(中文）--使用相变蓄热器能源变化的研究第2部份：数值模型

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1、外文原文：http:/ 中文 8900 字  附件 1：外文资料翻译译文  使用相变蓄热器能源变化的研究第 2 部份：数值模型  J.P. Bedecarrats *, J. Castaing-Lasvignottes, F. Strub, J.P. Dumas Laboratoire de Thermique, Energtique et Procds, Universit de Pau et des Pays de lAdour, Avenue de lUniversit, BP 1155, 64013 Pau cedex, France  摘要 &

2、nbsp; 该 研究 的目的是 对存在于装满蓄热材料（ PCM）的水箱中的能源 储存工业过程的数 值 型研究 。 在这种过程中会出现 特殊现象， 它与 PCM结晶的延迟有关，被称作 过 冷 现象。 该 模型的 提出使 冷储藏用流动的热移动液体 这一程序 得到了详细的分析。 像入口温度这样的不同 的 参 数对 水箱 产生的 效果： 当 水箱 在垂直 位置时， 通过 流率 观察 。有可观的在预测和实验的价值之间 的 一致性研究 已经 在第 1部份 说明 。  关键词   液固相变  过冷现象  吸热 模式  放热 模式  数值模 型 &n

3、bsp; 1 引言  利 用封装相变材料 （ PCM） 对 制冷 的热能源的蓄能操作特性 已经 进行了实验研究 1。在有限的 热 温差单位的设计工作 中 ， 需要详细分析 与 PCM传输 的 相关的相变性能和 传热性能 。 必须收集 与它 相 关的因素 的 信息 ， 如 影响 扩大到 PCM的热性能的热量储存和释放过程，需要大量的 PCM来存储一定 的热量， 并 在 额定 时间 内 执行相变过程。  而且 ， 这些因素 将由 相变储能 模型 来 证明 以便 帮助 确定 安装 尺寸。  制定 潜热蓄 热行为 的模型 是复杂的 2。 其中存在 有关 固 -液界面非线性

4、运动的 问题 ，由 于 熔体流动可能引起浮力的出现 ，在储罐封装之间的相变材料和传热流体 的 传热 产生的共轭热以及 PCM熔化 -凝固 所引起的体积膨胀等问题 。  要详细模拟在 这种复杂的 PCM密封囊 中 发生的 传热 及液体流动 不仅是困难的， 也是不切实际的。 对于 大小和设计安装， 利用 更简化和 典型的模型来测定 是显而易见 的 。  出于 这个原因 以及对存储应用中的热空气冷却和空气加热系统 的 数量日益增多，研究人员一直在鼓励研究传热过程的凝固及涉及的 PCM熔化。一些研究人员 已经对 冻结和融化罩内的理论 进行了 研究 3。  该 Zukows

5、ki的工作 4的主要目 的 是， 测定潜热储能元件充放 热 的特性来建立一个关于用密封石蜡填充的模块的模型。 一个潜在的热能储存原型装置的 吸热 和放 热 特性， 内插样条函数的 三 次 方用于测定 PCM的比热，并作为它的温度 函数 。  Wei 等人 5利用小型 PCM的快速放热 特性， 在 数值和试验 程度上研究了 一种潜热储 能 系统。在实验研究 中 ， 对 在一个 镀金膜板 封装的蜡板的散热效果初步储  符号表  c  比热 容 11 KJkg  T  温度 K  D  直径 m  tT &nb

6、sp;传热流体的温度 K  Gr  格拉 晓 夫数  V  单元格传热液 体积 3m  h  对流传 热系数 12 KWm  cV  结节热流体体积 3m  TJ  单位时间结节结晶 的概率 1s  nV  结节内 PCM的体积 3m  eqk PCM的 等效导热系数 11 KWm  希腊符号   pk 结节信封 的导热系数 11 KWm    PCM的温度 K  k  PCM的 热导率 11 KWm &n

7、bsp;ti  结节 i 的热交换量 W  ML  PCM的 潜热 1Jkg  tL  结晶前结节 热交换量 W  N  网状 结节总数  ts  结晶后结节 热交换量 W  Nu  努塞尔 数    密度 3kgm  Pr  普朗特数  *  入口温度到达 0 或 90%的潜热被储存或释放的时间 s  vq  体积流量 13 sm  下标   tr  状态变化期间 PCM的内

8、在半径 m  f  传热流体  er  结节的外径 m  L  液 态 的 PCM ir  结节的内径 m  M  熔化  0r  过冷结束后 PCM的内径 m  S  固 态 的 PCM Ra  瑞利数    Re  雷诺数    S  结节的外表面积 2m    存罐的温度，流速和流体入口温度 的 影响进行了研究。 据 数值分析， 对 四种不同的密封囊状（球体，圆柱体，板，

9、管），四种不同的密封囊 的 直径（ 2， 3， 4和 5mm），两个不同的密封囊壳 的 厚度（ 0.2和 0.4mm），和两个不同的 空隙率 （ 0.25和 0.5）进行了研究。 可以得出 一 维 储罐热流 与水箱热流传递 的 方向一致。一维相 变 模型用于模拟 储 存 器 内部的 PCM的 凝固过程。  Assis等人 6用 数值和实验研究球面几何（石蜡） 相变材 料的熔化 过程。对于相变内的 PCM，焓 的空隙率发生变化 。该模型考虑到的 PCM数量的增加是由 相变，熔体中的固相， 及底层的 液体 流 引起的 。  Arkar和 Medved7提出了一个圆柱形的存储与封

10、装石蜡领域的系统设计和数值模式。他们纳入了数值调整床模型明显的热容量，这与最小二乘适合从数码相机的测量数据 来 确定一个多项式函数。  Felix等人 8研究对填充床潜热储能与石蜡太阳能热水应用蜡填充球粒组成的系统性能相变温度范围的影响。他们利用之间的传热流体和固定床 能量平衡。热传导模型 模拟 PCM的相变过程 。  所有这些研究都是 用石蜡 作 为 PCM的 。一般来说，石蜡 具有 良好的存储密度， 凝固时很少或几乎不产生过冷。 过冷 就是在 固液平衡温度 以下时液体状态依然存在。  利用水作为 PCM对 一个封装的贮水箱的热特性进行了 实验和理论上 的研究

11、。 并 对系统热性能的传热流体入口温度和孔隙率的影响进行了分析。  Bilir和 Ilken9通过使用控制容积焓法 研究 了 密封的 一个圆柱形 /球形容器 的PCM向内凝固的问题。数值数据是利用相关的 Stefan数， Biot数和过热量纲参数方面的 PCM总的凝固时间 推导出来的 关 系 。  Cheralathan等人 10介绍了数值模拟 与实验封装的冷储热系统的研究成果。存储系统是 在制冷循环下 一个圆柱形 封装在直径 48mm的 以水作为相变材料的 球形容器 。数学 公式通过 在分别利于球形内的 PCM及热流体的合适区域建立能量平衡。尽管 这种简化的瞬态一维模型

12、已由 实验结果证实， 但 它没有考虑过冷现象，而过冷现象在水中出现是必然的 。  Ismail和 Henriquez11提出了 用于 预测 以水作为 PCM的 的圆柱 储能箱的 热性能的数 值 模型。该模型用于研究工作流体入口温度的影响，在凝固过程中的工作液和 直径 77mm的球形 密封囊 材料 的 流量。这是假定流体的温度均匀， 与流层 的平 均温度 相等 。 并且 在凝固过程 中 不 考虑过冷 ， 只用一维热传导。 用 有限差分近似和 球形密封囊 内部的移动网格 来 求解 微分方程。除过冷现象，实验和数值预测似乎较好。  上述研究均未考虑过冷现象。 根 据水的压力体积表

13、，水的过冷温度差约为10K。即使添加 核催化剂可以减小差距，但仍无法消除过冷，所以考虑过冷十分必要 16。事实上，由于过冷的影响，有必要降低低于固液平衡温度时开始结晶及材料潜热释放时的温度。如果不发生结晶而且潜热不会释放，那么材料会只存储显热。故在 PCM的技术应用上，过冷问题需慎重考虑。  本 文 详 解了 数值 模型， 既 考虑周 围传热流体 因素，又考虑到 相变材料内包装结节 内封装的相变材料在 充电模式中 的 过冷 现象。  所提出的冷藏储存过程 在 以前的文件 11,12,13已经详尽描述 。 实验车间的构思允许修改 对储存性能有影响的各种参数 ， 比如 ： 温度

14、 ， 流体（乙二醇水溶液） 流动传热率 的各种参数，制冷和供热的动力学 参数 ， 以及水箱的 垂直或水平 的 位置 。水箱 是一个 可 用 高度为 1.42m，其直径为 0.95m的金属圆柱体。 所以，有用的体积为 1 3m ，其中包含 任意 2500个 球形 密封膜 。 这种称为结节的 球形 密封囊 的 外径77mm， 其中密封 PCM。考虑到 密封囊的 厚度 ， PCM的 体积 占 水箱 的 体积的 53%。  在每一个有用 体积柱的底部均有扩散器来支撑结节以及分散水箱中的冷流体。 在 吸热 模式 中 ， 冷液体流过 水箱 ，同时 PCM开始结晶。然而在 放 热 模式中 ，当 热流体通过结节 时， PCM会熔化，热液 体 被 冷却到熔点温度。  研究 人员 已经意识到了一些模型 要 考虑到包装的 密封囊 内的过冷 现象。还研究了 热流体对充满 密封囊 14,15的 水箱 中的 传热流体流量分布的影响 。两种存储配