为了提高蓄热装置内蓄热球的蓄热效率,该文设计了一种表面有螺旋凹槽的蓄热球,用ICEM CFD建立了三维模型并进行网格划分,在fluent中分别仿真了一种基于凹槽蓄热球和光滑蓄热球的相变储热水箱在初始温度308K、入口流速0.1 m/s、入口温度363K和初始温度308K、入口流速0.15 m/s、入口温度363 K两种工况下的蓄热过程,得到了蓄热过程中相变材料(PCM)温度和液相率随时间的变化曲线以及液相率的分布云图,截取了蓄热过程中某一时刻的水流速度矢量图。研究结果得出与光滑蓄热球相比,螺旋凹槽蓄热球的凹槽结构既增加了PCM与热媒体的热交换面积,又增强了蓄热箱内的对流传热,提高了换热效率,避免了热量的流失。对整个蓄热箱而言,大大减少了蓄热时间,提高了蓄热箱的蓄热效率。

搭建太阳能供暖实验平台,以太阳能集热器作为系统集热组件,水箱作为蓄热组件,风机盘管作为散热末端;建立系统的数学仿真模型并通过实验验证其正确性;目前太阳能供暖应用广泛,但其依然存在温度波动大、太阳能利用率低、浪费能源等问题。针对上述问题,这里在传统太阳能供暖数学模型的基础上加入相变材料模块并模拟仿真,分析研究相变材料的加入对传统太阳能供暖系统的热影响,从而验证在太阳能供暖系统中加入相变材料的可行性,为工程实际提供参考依据。

为了改善农作物烘干产业中能耗大、污染排放严重的现状,构建了一种由空气集热器、载有相变蓄热材料的蓄热装置、绝热干燥箱、通风装置、排湿装置等组成的可蓄热式太阳能干燥设备,研究了该太阳能干燥系统在满足烘干功能前提下的集热性能、蓄热性能,对红薯进行烘干试验,与自然晾晒的干燥实验做对比,以验证其干燥性能。试验证明,太阳能干燥设备干燥周期(14h)较自然晾晒干燥周期(23h)有明显缩短,另外装载有石蜡相变材质的蓄热箱延长了烘干有效时间,特别是在外界太阳能辐射不稳定的状况下,保证了太阳能干燥作业的稳定进行。

设计了一种新型的固液相变材料降膜式冷储能器,冷储能器由3组水平管柱组成,每组管柱由36根表面喷涂亲水涂层的铜管组成,采用癸酸、月桂酸和油酸混合物为相变材料,其相变温度为20℃左右。实验研究表明该冷储能器具有良好的传热性能,泵功耗小;调整管束的列数或行数,可以简单地获得灵活的冷藏量;降低液膜雷诺数可以提高冷藏性能。

新能源汽车动力电池相变传热介质热管理系统由于结构简单等优点得到了广泛的关注。针对目前对该系统的研究主要集中在单一影响因素的分析和改进的现状,首先建立基于相变材料的电池热管理系统数值传热模型,然后对相变材料的热导率、相变温度、用量以及传热路径的接触热阻等因素的影响进行数值分析,得出不同因素的最优作用范围。在此基础上应用正交试验的方法进行重要性和显著性分析,得到不同参数配置下电池热管理系统的性能。结果表明对电池工作温度的影响程度而言,相变温度的影响最明显,然后依次是接触热阻和热导率。而对相变材料液相比例而言,重要性依次递减分别是相变材料的相变温度、用量、热导率和接触热阻。最优参数组合在5C放电倍率也能将电池的温差控制在3℃,工作温度控制在43.5℃内。

设计了基于圆柱形相变蓄热单元的相变蓄热装置,通过循环实验对蓄热装置的运行特性进行分析,研究了装置的蓄热影响因素。研究结果表明;在等质量相变材料(Phase Change Material,PCM)时,相变单元数量对装置蓄热速率的影响较大;蓄热单元布置间距对装置蓄热速率的影响较小;当增大换热流体(Heat Transfer Fluid,HTF)的流量时,装置总蓄热时间分别缩短了14.5%和29%;提高换热流体入口温度时,不仅增加了蓄热装置的总蓄热量,并且总体蓄热时间分别缩短了10.6%和16.5%。

利用ICEM CFD创建相变蓄热水箱物理模型并进行网格化,基于Fluent特有的Solidification/Melting模型,仿真一种基于球型封装的相变储热水箱在初始温度35℃、入口流速0.11 m/s、入口温度98℃工况下的蓄热过程,得到了相变储热过程中的温度与液相率曲线,研究3种不同物理模型的储热性能并分析了相变过程中的储热形式,得出了在同等储热量下,具有3种不同大小(直径分别为50、65和80 mm)蓄能球的水箱储热时间分别为2220、2750、3540 s。具有50和65 mm相变储热球的水箱比具有80 mm储热球的水箱整体储热时间分别减少1320和790 s,整体模型的储热效率分别提升了37%和22%。因此在实际应用过程中,合理选择蓄能球直径可有效提升蓄热效率。

对相变材料的储放热过程进行了仿真,获得了某型相变材料吸热、散热工作过程的温度变化曲线,验证了相变材料的储放热特性。针对油箱散热问题设计了可更换换热板的油箱,仿真获得了油箱内油液流动的流线图。仿真分析了无换热板、有换热板和更换换热板后的油箱内温度变化曲线。结果表明:添加换热板后油箱内平衡温度下降3.1 K,更换换热板后,油箱内温度在335 K以下的时间延长1 000 s。通过换热板的添加与更换,有利于液压系统的工作。

针对电动汽车的动力电池的发热与温升问题,对实验用锂离子电池进行市区循环工况的测试,得到其表面温度数据和母线电流数据;对电池材料特性参数进行分析计算及电池PACK结构尺寸参数进行测量;建立动力电池的发热散热模型后对模型进行仿真计算。经过仿真,得到仿真模型的温度变化及分布;仿真数据与实验数据进行对比一致,表明动力电池的发热散热分析模型有效;在此基础山探讨运用相变材料作为散热介质的电池热管理方法,设计基于相变材料散热介质的动力电池组散热结构,利用建立的发热散热模型分析相变材料散热结构的散热效果,结果表明改进后的动力电池组相变材料散热结构的散热效果显著。