螺旋管式相变蓄热过程的数值模拟和实验研究

本文采用适合供暖的一种有机相变材料和一种箱体内部为螺旋盘管的相变材料蓄热装置,对其蓄热和放热过程进行了数值模拟和实验研究。 首先,根据负荷初步确定蓄热装置尺寸,利用Fluent软件相变问题的数学模型对相变材料蓄热过程进行数值模拟,建立一个三维的、非稳态的固液相变数学模型,获得了相同初始条件下,不同装置结构时相变材料的熔化程度随时间的变化,并对蓄热装置进行结构优化。结果表明:采用螺旋管中心线位置加一直管段的圆柱体蓄热装置蓄热效果较好。 其次,利用模拟结果优化后的蓄热装置结构,选择合适的相变材料,计算装置各个部件的尺寸参数及所用相变材料质量,搭建实验台对其进行实验研究。一方面研究蓄热装置内相变材料的蓄放热规律;另一方面研究不同入口水温、入口水流速、相变材料初始温度等参数对相变材料蓄热和放热特性的影响,确定各参数影响程度,进而确定最优方案。结果表明:蓄热装置内螺旋管应采用非对称布置,其中心线位置应位于箱体中心线下方,可提高石蜡的利用率;入口水温对石蜡的相变过程影响最大,入口水流速和相变材料初始温度对其影响较小。 最后,按照实验条件设置数值模型初始条件,对整个装置内相变材料蓄放热过程进行数值模拟;对数值模拟和实验结果进行比较,对误差进行分析,验证了所建立的数学模型的可靠性。通过比较可以看出,数值模拟结果与实验结果基本相符,为蓄热装置在实际工程中的应用提供了依据。