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。

为了提高蓄热装置内相变球的放热效率,该文设计了一种表面有螺旋凹槽的相变球并建立了三维模型,用I CEM CFD进行网格划分,完成网格无关性验证后,在fluent中分别数值模拟了一种基于螺旋凹槽相变球和光滑相变球的相变储热装置在进口温度Tin=313K,进口流速u=0.15 m/s,初始温度T0=353K工况下的放热过程,得到了放热过程中相变材料(PCM)温度、液相率和平均表面传热系数随时间的变化曲线,截取了放热过程中某一时刻的水流速度矢量图和液相率云图,并探究了入口流速对PCM凝固时间的影响。研究结果得出与光滑相变球蓄热装置相比,凹槽相变球蓄热装置内PCM凝固时间缩短了20%,放热时间缩短了37.5%。且入口流速较小时,提高入口流速可有效提高PCM凝固效率。