填充泡沫金屬的相變蓄熱單元管熱性能研究.pdf

1、吸熱蓄熱器是空間站太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)(Space Solar Dynamic Power System--SSDPS)的關(guān)鍵部件，其采用的蓄熱方式是高溫相變蓄熱。高溫相變蓄熱大都選用氟鹽作為相變材料(Phase Change Material--PCM)，由于固液密度不同，PCM在相變過程中會產(chǎn)生空穴，這嚴(yán)重影響了蓄熱容器的傳熱性能及結(jié)構(gòu)可靠性。為改善氟鹽PCM帶來的不良影響，本文采用在PCM中填充泡沫金屬的措施，泡沫金屬以其高導(dǎo)熱、

2、質(zhì)輕、高比熱等特點作為填充物，成為強化相變蓄熱的有效手段，泡沫骨架在強化PCM導(dǎo)熱的同時還能分散空穴分布，有效降低因空穴集中而產(chǎn)生的惡化PCM傳熱的影響。在航天、航空等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　 本文以太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)地面模擬試驗中采用的吸熱蓄熱器內(nèi)部的相變蓄熱單元管為研究對象，選擇氟鹽80.5LiF-19.5CaF2作為蓄熱材料，鈷基合金Haynes188作為PCM容器及工質(zhì)導(dǎo)管材料，并采用孔隙率為95％的多孔泡沫鎳來

3、研究單元管內(nèi)部的強化傳熱情況。主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)基于焓法，建立了相變蓄熱單元管的數(shù)學(xué)模型，并考慮了由于空穴對相變蓄熱帶來的影響。利用FLUENT軟件，通過寫入用戶自定義函數(shù)(UDF)設(shè)置周期性熱流邊界條件，對PCM容器的最高壁溫、工質(zhì)氣體出口溫度及PCM的熔化份額在5個軌道周期內(nèi)隨時間的變化值進(jìn)行了數(shù)值計算，并且與一些文獻(xiàn)進(jìn)行了對比，證明了本文數(shù)學(xué)模型的正確性。
　　 (2)通過對填充與未填充泡沫金屬的兩種

4、蓄熱單元管的數(shù)值計算結(jié)果的比較和理論分析，說明采用泡沫金屬確實能夠在一定程度上強化單元管的蓄、放熱效果。模擬結(jié)果表明傳熱溫差越大，蓄放熱效率越高，泡沫金屬的添加不但加快了蓄放熱速率，而且使整個蓄熱容器里的溫度分布更加均勻。
　　 (3)為保證PCM的利用率及泡沫金屬的強化效果，必須合理選擇工質(zhì)的進(jìn)口溫度、流量及外壁熱流。數(shù)值計算結(jié)果較好的預(yù)測了蓄熱單元管的吸、放熱性能，該熱分析模型對空間站太陽能吸熱-儲熱器的總體設(shè)計具有一定的借