对流换热条件下单平板蓄冷凝固特性研究

    符 号 说 明 

    C为比热,J/kg#K;

    m为流体质量流率,kg/s;

    t为时间,s;

    k为导热系数,W/m#K;

    q为热流,W;

    y为蓄冷平板厚度方向坐标,m;

    l为蓄冷平板长度,m;

    δw为蓄冷平板壁厚,m;

    X=x/l为无量纲长度坐标;

    S=s/δb为无量纲界面厚度;

    Ste=cs(θm-θi)/hfs为斯蒂芬数;

    NuD=hδh/kf为努塞尔数;

    T=(θ-θm)/(θm-θi)为无量纲温度;

    Ntu=qmax/mcf(θm-θi)为传热单元数;

    δ为蓄冷平板半宽度,m;

    h为流体换热系数,W/m²•K;

    θ为温度,K;

    ρ为密度,kg/m3;

    hfs为蓄冷材料相变潜热,J/kg;

    x为流体流动方向坐标,m;

    s为相界面厚度,m;

    W为蓄冷平板宽度,m;

    qmax=h•l•W(θm-θi)为最大传热速率,W;

    Y=y/δb为无量纲厚度坐标;

    Bi=h•δb/ks为毕奥数;

    Fo=kst/ρscsδb2为傅里叶数;

    Q=q/qmax为无量纲热量;

    ε=mcf(θo-θi)/mcf(θm-θi)为传热有效度;

    τ=Fo#Ste为斯蒂芬时间;

    δb为蓄冷平板半相变蓄冷材料宽度,m。

    下 标 说 明 

    s为固相;

    i为流体入口;

    m为界面;

    o为流体出口;

    f为流体;

    w为内壁面;

    fs为相变状态。

    1 引 言

    由于具有蓄冷密度高,蓄、放冷过程近似等温,过程容易控制等特点,相变蓄冷在蓄冷空调中受到极大重视。相变蓄冷平板因具有单位体积蓄冷密度大的特点,在蓄冷空调中被广泛采用。相变过程中,固液界面位置都在不断移动,传热速率也在不断变化,关系相当复杂,但这些关系对相变蓄冷器的设计和使用十分有用。相变凝固传热问题除个别边界条件和初始条件极简单的问题有解析解之外[1],几乎都是采用近似解和数值解[2]。作者将根据具有一阶精度的热阻法[3],近似求解作为相变蓄冷基本单元的蓄冷平板凝固过程的传热特性。

    2 单平板蓄冷二维凝固模型及一阶精度求解法

    单平板蓄冷块结构示意图如图1所示。蓄冷平板是被水平堆放在蓄冷槽内,载冷剂流体从板与板之间的空隙通道内流过,与板内的蓄冷材料进行热交换,将冷量储存在平板内。图2所示为蓄冷平板单体物理模型。因平板上下两面对称,取平板中心线o1o1以下半平板和流道中心线o2o2以上区域为研究对象,并沿流体流动方向取出dx微元控制体进行传热分析。流体入口处平均温度为Hi,质量流率为m,蓄冷平板内充有凝固点为θm的相变蓄冷介质(水),θi<θm。假定传热流体和蓄冷平板间的换热系数h为常数,初始时蓄冷介质处在凝固温度θm状态。