固液相变数学模型中有效热导率 2004
固液相变蓄能数学模型中有效导热系数的理论及实验研究 2002
ΔT = Tw - Tm
X— — — 相变界面位置 Pr — — — 普朗特数 Ra — — — 瑞利数 Nu — — — 努谢而特数 V— — — 速度矢量 , V = ( u , v , w )
φ— — — 液相率 α— — — 热扩散系数 β— — — 热膨胀系数 ρ— — — 密度 ν— — — 运动粘度 下 标
60 ℃, 测定不同加热壁温下相变温度场和相变界
式中 Tinit — — — 给定温度初场 方程 ( 6) 求解可用全隐控制容积有限差分格 式离散 , 得方程如下 : 0 ΦP - Φ0P hP - h P h E - 2 h P + hW ( 7) =α -ρ lL 2 δ δ t t δ x 整理式 ( 7) 得 :
T
其中 :
Nu = 0122 ( Pr l Ra) 0128 [ ]0125 Pr + 012 X ( t) l
( ) > 2 X t
Nu = 0118 ( Pr 0129 Ra) Pr + 012 l
c d T T > T ∫
Tm
T
1
m
1≤ ≤ 2 X ( t)
壁绝热的容器 ; 在距容器右端面 100mm 处 , 内置 导热隔板 2 , 将容器分为 A 、 B 两部分 ; A 内装有相 变材料 ;B 内装加热液体和内固定有电加热器的 铝板 3 , 由于铝板表面的温度均匀且截面与容器 截面的大小基本相同 , 所以 , 在实验过程中 , 加热 液体的温度始终是均匀的 。热量沿导热隔板由 B 内加热液体均匀传入 A 内相变材料 , 使其慢慢溶 解 , 产生相变 。 在 A 内 ,上 、 中、 下三条沿传热方向各等间距 布有 20 个测点 , 测定 A 内各点温度随时间的变化 关系 。实验共用 2 个铂电阻 。一个 ( Pt1 ) 置于环
相变储能材料的研究及应用_张静
相变储能材料的研究及应用张 静,丁益民,陈念贻(上海大学化学系熔盐化学研究室,上海 200436)摘 要:综述了相变储能材料的研究进展和实际应用。
介绍了相变材料的分类以及各类相变材料的性能、储能机理和优缺点;介绍了一些新型的相变材料,并结合实例探讨了相变材料在太阳能利用、建筑节能等领域的应用;展望了未来相变材料的发展方向和应用前景。
关键词:相变材料;热能储存;温度控制;太阳能中图分类号:TK 02 文献标识码:A 文章编号:1008-858X(2005)03-0052-060 前 言相变过程一般是一等温或近似等温过程,相变过程中伴有能量的吸收或释放,这部分能量称为相变潜热,利用相变过程的这一特点开发了许多相变储能材料。
与显热储能材料相比,潜热储能材料不仅能量密度较高,而且所用装置简单、体积小、设计灵活、使用方便且易于管理。
另外,它还有一个很大的优点,即这类材料在相变储能过程中,材料近似恒温,可以以此来控制体系的温度。
利用储能材料储能是提高能源利用效率和保护环境的重要手段之一,可用于解决热能供给与需求失配的矛盾,在能源、航天、军事、农业、建筑、化工、冶金等领域展示出十分广泛和重要的应用前景,储热材料的研究目前已成为世界范围内的研究热点。
相变储能材料的相变形式一般可分为四类:固)))固相变、固)))液相变、液)))气相变和固)))气相变。
由于后两种相变过程中有大量气体,相变物质的体积变化很大,因此,尽管这两类相变过程中的相变潜热很大,但在实际应用中很少被选用。
与此相反,固)))固相变由于体积变化小,对容器要求低(容器密封性、强度无需很高),往往是实际应用中希望采用的相变类型。
有时为了应用需要,几种相变类型可同时采用。
相变储能材料按相变温度的范围分为高温(大于250e )、中温(100~250e )和低温(小于100e )储能材料;按材料的组成成分又可分为无机类、有机类(包括高分子类)及无机)))有机复合相变储能材料。
液固相传热_6
200 150 100 50 0 0 5
T ( C)
o
40
50
60
T ( C)
粒子径ｄ ： 0.1ｍ1.2ｍ, 平均0.51ｍ 融点 Tm ： (40℃50℃) 46℃ 融解熱量L ： 41.6 kJ/kg (濃度30%) 質量濃度Cm ： 潜熱物質 0~30%
10
15
20
25
30
35
40
1
Phase change region
m p w p
w m
1
3
1
0.5
40
50
60
20
T ( C)
o
T ( C)
o
Maxwell model :
幂指数 n 假塑性流体
K
m 2 2 (1 ) p / w w 2 (1 ) p / w
设:
Ts Tsol Tsl
Tsl Tliq Tl
sol , liq
分别通过二个超 越方程迭代求得
2T 2T 0 x 2 y 2
2T 2T f (T ) 0 0 1 x 2 y 2
x X liq
X sol 2 sol s t X liq 2 liq l t
g (Th Tc ) L3 v
Coefficient C in Eq. (6)
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0
c 1 2 Q 1 b{exp[ c ( Ψ 2 ) ] exp( 4 )]}
Q 1 b sin(Ψ )
h s T T s l
泡沫金属内嵌石蜡水平蓄器内凝固放热实验
摘要蓄能技术，尤其是蓄热技术，与太阳能光热利用系统集成耦合，可有力解决太阳能间隙性问题，提高太阳能热利用品质和利用效率，为光热利用系统提供稳定的能流输出。
为解决工程常见的相变材料热导率低、蓄/放热系统效率不高的关键问题，选取石蜡为蓄热介质，设计了一种水平管内填充泡沫金属的蓄热单元，探究相同蓄热工况(70.0 ℃蓄热)、不同放热流体温度(10.0 ℃、15.0 ℃、20.0 ℃、25.0 ℃、30.0 ℃)下泡沫金属内嵌石蜡的凝固相变行为。
通过高清相机拍摄得到凝固相界面的实时位置，通过热电偶测量获得凝固过程中内部温度响应规律。
实验结果表明，冷流体温度越低，凝固速率越快；相比较30.0 ℃的放热工况，冷流体为10.0 ℃时石蜡完全凝固时间缩短了52.0%。
同一径向距离测点的竖直高度越高，温降越快，其温度响应率也越大；但轴向位置对凝固测点温度变化影响差异不大。
以1b测点的温度响应值为基准进行比较，10.0 ℃、15.0 ℃、20.0 ℃、25.0 ℃、30.0 ℃冷却工况下1a点温度响应率分别提高了7.2%、8.8%、10.3%、10.8%、11.7%。
本研究有助于推广泡沫金属相变蓄热器的工程应用，为泡沫金属内嵌固液相变材料的结构设计与运行参数选取提供指导和帮助。
关键词相变放热；水平管壳式换热器；泡沫金属；换热流体温度；相界面太阳能具有清洁、零排放、无污染、储量大的特点，是众多可再生能源中极具潜力的能源形式。
通过太阳能低温光热利用可满足生活热水、建筑供暖等重要需求，是实现建筑低碳运行的有力措施。
然而，太阳能存在时空分布不均、昼夜/季节波动大等问题，严重限制了太阳能低温光热利用效率与供能品质。
蓄能技术，尤其是蓄热技术，与太阳能光热利用系统集成耦合，可有力解决上述问题，提高太阳能热利用品质和利用效率，为光热利用系统提供稳定的能流输出。
相较于其他两种蓄热技术(即显热蓄热与热化学蓄热)，固液相变蓄热技术具有蓄热密度大、易维护、蓄/放热过程温度恒定等优势，尤其是放热过程温度恒定的特点与建筑供暖运行特点高度契合，在太阳能低温光热利用中具有得天独厚的优势。
油气井流体力学教学课件固液两相流动
固相颗粒的大小和种类多 样，使流动变得复杂多变。
固液两相流动常常出现不 均匀分布的情况。
3 相互作用
固相颗粒会对液体产生阻 力，影响流动的速度和特 性。
固液两相流动的数学模型
固液两相流动的数学模型包括连续介质方程、动量方程、能量方程等，用于 描述流体和颗粒之间的相互作用。
固液两相流动的基本特性
固液两相流动的基本特性包括固相体积分率、固相颗粒大小、固相颗粒的种 类和性质，以及两相流动的分类和性质。
固液两相流动的流态
固液两相流动存在不同的流态，包括静止态、层流态、不稳定态等。流态的转换是固液两相流动研究的重要课 题。
固液两相流动的基本性质
固液两相流 计算方法等。
固液两相流动的应用
固液两相流动在石油工程中有着广泛的应用，例如油井压裂、泥浆循环等。此外，固液两相流动的研究也为其 他工程领域提供了重要的参考。
结论
通过学习固液两相流动的基本理论，我们可以更好地理解油气井中流体的运 动规律，并为提高油气井的生产效率做出贡献。展望未来，固液两相流动的 研究将在石油工程中发挥更重要的作用。
油气井流体力学教学课件 PPT固液两相流动
油气井流体力学教学课件PPT：固液两相流动. 介绍固液两相流动，数学模型， 基本特性，流态和应用。
什么是固液两相流动
固液两相流动指的是同时存在固体微粒和液体的流动现象，常见于石油工程中的油井中。
固液两相流动的特点
固液两相流动具有以下特点：
1 复杂性
2 非均匀性
高中物理奥赛之热学—4.3固液相变与固气相变
§4.3 固液相变与固气相变4．3．1、固液相变①熔解物质从固态变成液态，叫做熔解。
对于晶体来说，熔解就是在一定的温度下进行的，该温度叫做这种晶体的熔点。
晶体在熔解的过程中要吸收热量，但温度保持在其熔点不变，直至全部熔解为止。
对于大多数晶体，熔解时体积增大，但还有少数的晶体，如冰、铋、灰铸铁在熔解时体积反而缩小。
晶体的熔点与晶体的种类有关，对于同一种晶体，其熔点与压强有关。
熔解时体积增大的物质，其熔点随压强的增加而增大，熔解时体积减小的物质，其熔点随压强的增大而减小。
晶体在熔解时，要吸收的热量，单位质量的某种物质，由固态熔解为液态时，所吸收的热量叫做物质的熔解热，记为λ，因此对质量为m的物体全部熔解所需吸收的热量Q=λm。
②凝固物质由液相变为固相称为凝固。
其中晶体的熔液凝固时形成晶体，这个过程又称为结晶。
结晶的过程是无规则排列的粒子形成空间点阵的过程，在此期间，固、液两态平衡共存，温度保持不变。
在结晶过程中，单位质量的物质对外释放的热量称为凝固热。
它与该物质在同温度下的熔解热相同。
4．3．2、固气相变物质从固态直接变为气态的过程叫做升华。
从气态直接转变为固态的过程叫凝华。
常温常压下，干冰、硫、磷等有显著的升华现象。
大气中水蒸气分压低于4.6mmHg ，气温降到0℃以下，水蒸气便直接凝华成冰晶为结霜。
升华时粒子直接由点阵结构变为气体分子，一方面要克服粒子间的作用力做功，同时还要克服外界压强作功。
使单位质量的物质升华时所吸收的热力做功，同时还要克服外界压强做功。
使单位质量的物质升华时所吸收的热量称为升华热，它等于汽化热与熔解热之和，即汽熔升L L L +=。
例：已知冰、水和水蒸气在一密闭容器内(容器内没有任何其他物质)，如能三态平衡共存，则系统的温度和压强必定分别是01.01=t ℃和mmHg p 58.41=。
现有冰、水和水蒸气各1g 处于上述平衡状态。
若保持总体积不变而对此系统缓慢加热，输入的热量Q=0.255kJ 。
热分解生物质的热物理力学模型及数值计算
热分解生物质的热物理力学模型及数值计算热分解生物质是一种广泛应用的技术，它可以将生物质转化为高附加值产品，如生物炭和生物油。
然而，热分解生物质的机理和过程仍然存在很多未知的问题。
因此，建立一个基于热物理力学模型的数值计算模拟方法对于深入研究生物质的热分解机理和优化生产过程具有重要意义。
热分解生物质的基本原理是将生物质加热到一定温度下产生裂解反应。
这个裂解过程的机理涉及到许多复杂的化学和物理反应，如物质的热扩散、质量传递和化学反应等。
为了更好地理解和控制这些复杂的反应，在数值计算模拟中，必须进行热物理力学模型的构建和计算。
热物理力学模型是指基于热学和力学原理的数学模型，用于描述生物质在加热条件下的物理和化学反应过程。
这个模型需要包含诸如生物质的物理特性、传热、质量传递和化学反应等方面的信息。
其中，生物质的物理特性包括热导率、比热容和密度等参数，传热和质量传递涉及到辐射传热、对流传热和热对流等参数，化学反应则需要考虑反应速率和反应机理等。
将这些参数集成到热物理力学模型中，可以对热分解生物质的过程进行更加准确的描述。
通过模拟这些参数的变化和相互作用，可以研究原材料的物理和化学变化以及优化生产过程。
例如，可以通过改变反应温度、气体流量和反应时间等参数来优化生产过程，并预测反应产物的类型和产量。
热分解生物质的热物理力学模型还有一些局限性。
例如，模型基于一些假设，如忽略质量传递过程中水分的蒸发等。
此外，模型的精度和有效性取决于各种参数的精度。
因此，必须对实际生产过程进行实验验证，并不断更新和改进热物理力学模型。
在数值计算中，一般采用有限元分析（FEA）、计算流体动力学（CFD）和多相流动（MPF）等方法来解决热物理力学模型。
FEA方法是一种广泛应用的数值方法，主要基于有限元分析技术进行实现。
这种方法可以求解模型的温度场、应力场和反应速率等参数。
CFD方法使用数值方法求解流体的组分和动力学特性，以及物质的传热和传质机理。
热学6_固液体相变
§6.4、固、液相变与固、气相变
§6.4.1、固、液相变 熔解热 固
Clapeyron eq. dp Lm
液
dT T (vl vs )
p 1atm, H2O ice melting point T 273 .15Kelvin
vl 1.00021 10 3 m3 / kg, vs 1.0908 10 3 m3 / kg, Lm 331 .77 103 J / kg
表面现象：（液-固体接触处）“湿润毛细现象
内聚力 pk 附着力
润湿：
2
不润湿：
2
完全润湿： 0 完全不润湿：
毛细现象（毛细管插入液体）
➢若管壁 能被液体润湿，则管内液面呈凹曲 面，且比管外液面高。
➢若管壁不能被液体润湿，则管内液面呈凸曲 面，且比管外液面低。
h 2 gR
• 例1、某液体表面张力系数为7.6X10 ^(-4) N/m，用一个 滴管口内径为1.3mm的滴管缓慢下滴液体，问落下的液 滴质量几何？
饱和蒸汽压：气液两相平衡时蒸汽的压强。 （1）饱和蒸汽压与蒸汽体积无关； （2）饱和蒸汽压随温度升高而增加； （3）饱和蒸汽压与物质种类有关； （4）饱和蒸汽压与液面弯曲情况有关。
§6.3、气、液相变
§6.3.1、蒸发与沸腾——汽化
由液相转变为气相，包含蒸发与沸腾。蒸发发生在液体表面，在任何温度
下都可以进行；沸腾发生在液体内部，对应沸点。
dT
§6.1、固、液体性质 §6.1.2、液体
性质介于固、气体之间：
短程有序，长程无序
液体分子的运动：（1）平衡点附近作热振动；（2）平衡点转移。
: 液体分子的定居时间 “过冷”： : 非晶态“固体”
在平衡点停留时间.
abaqus热力耦合温度降低的原因
一、介绍abaqus热力耦合分析abaqus是一种常用的有限元分析软件，能够进行结构、热、流体等多物理场耦合的分析。
其中热力耦合分析是其重要的功能之一，能够准确地模拟和分析结构在受热作用下的温度变化及其对结构性能的影响。
二、abaqus热力耦合温度降低的常见原因1. 材料参数不准确在abaqus中进行热力耦合分析时，经常会涉及到材料的热传导性能参数，如热导率、比热容等。
如果这些参数设置不准确，就会导致模拟结果与实际情况存在较大偏差。
材料的热导率设置过高，会使得模拟结果中的温度降低过大，与实际情况不符。
2. 界面传热条件设置不当在abaqus中，不同部分的界面处的传热条件设置不当也会导致温度降低的问题。
在热力耦合分析中，如果未正确设置界面处的传热条件，可能会导致热量在界面处无法传递，从而使得温度的分布出现异常。
3. 热边界条件不合理在热力耦合分析中，热边界条件的设置对模拟结果影响很大。
如果热边界条件设置不合理，比如热边界的散热系数设置过大，就会导致模拟结果中的温度较低，与真实情况不符。
4. 求解器精度不足abaqus中的求解器是进行热力耦合分析的核心组成部分，其精度直接影响模拟结果的准确性。
如果求解器的精度不足，可能无法对复杂的热力耦合问题进行准确求解，从而导致温度降低的模拟结果不可靠。
5. 模型网格划分不合理模型的网格划分对热力耦合分析的结果也有重要影响。
如果网格划分不合理，比如网格大小不均匀、网格质量差等，就会导致模拟结果的准确性受到影响，从而出现温度降低的情况。
6. 案例中可能存在的其他因素在实际的abaqus热力耦合分析中，还可能存在其他因素影响温度降低的结果，比如温度测量误差、计算步长设置不当等。
三、解决abaqus热力耦合温度降低的方法1. 确认材料参数准确性在进行热力耦合分析前，需要对材料的热导率、比热容等参数进行准确的测定和确认，以提高模拟结果的准确性。
2. 合理设置界面传热条件在abaqus中进行热力耦合分析时，需要合理设置不同部分之间的界面处的传热条件，以保证热量能够有效传递，从而获得准确的温度分布。
固液相变蓄能的数学模型和有效导热系数的研究
固液相变蓄能的数学模型和有效导热系数的研究固液相变蓄能是一种有效节能技术，它可以将外界的热量储存起来，在需要的时候释放出来，从而大大降低能源消耗。
本文将从数学模型和有效导热系数的研究入手，以《固液相变蓄能的数学模型和有效导热系数的研究》为标题，探讨固液相变蓄能的机理和关键技术。
1.学模型固液相变蓄能是一种节能存储技术，利用物质的固液物相变过程，将外界的热量储存起来，再根据需求释放出来。
因此，建立一个准确的数学模型，来描述固液相变热蓄能的储存与释放的过程，对于研究固液相变蓄能具有重要意义。
已有的研究报告，广泛使用笛卡尔坐标系，将固液相变蓄能系统定义为一个二维等压面上的封闭系统，该系统可以根据温度变化，通过体积变化来调控物体的热能存储与释放。
研究者根据这种数学模型，以及一些附加参数，建立了一系列的计算模型，以便于描述固液相变蓄能在不同温度范围内的储存和释放情况。
2.效导热系数有效导热系数的重要性在于它决定了固液相变热蓄能的性能参数，特别是储能效率，因此其研究具有重要意义。
就有效导热系数而言，它可以直接反映固液相变热蓄能材料的热性能。
目前，对于有效导热系数的研究，一般是针对不同材料，在不同温度、不同物料加载率下，进行实验测定有效导热系数，以及分析有效导热系数如何与物料温度变化和物料加载率变化而变化的。
而过去的研究成果，也提供了一些用于估算有效导热系数的方法。
3.究结论从上述研究可以看出，固液相变蓄能的研究，特别是数学模型和有效导热系数的研究，对于深入探讨固液相变蓄能机理和实际应用，具有重要意义。
实验数据和模型计算所得的研究结果，可以为固液相变蓄能技术的实际应用提供重要的理论依据与技术支持，丰富固液相变蓄能领域的研究内容。
总之，固液相变蓄能的数学模型和有效导热系数的研究，对于深入探讨固液相变蓄能机理和实际应用，具有重要的意义，是未来研究的重要方向之一。
- 1 -。
10 固液相变
3 ~ Q n 1 2
这里只对密闭的构型以及有限的 n 感兴趣。 标准的做法是通过群理论考察哪个点群符合上述的条件。 简单的方法是通过图表示说明该问题。
A、最简单情形
n3
n Qi
2
Q
2
1 Q (r ) 2
n i 1
Qi
(r ) Qi (r )
n3
Q1 Qex
2
Q
3
2
如果每个 Qi 只出现一次。三次项的个数为
2 Q 2 3 1 2 3 ~ n Q n 3 n 3
2n 3
如果每个
3 ~ n 3
Qi
3
只出现两次。三次项的个数为
4n 3
3
4 Q
4 3 1 2 这样可以得到 Q n 3 n
2 4
2
a T TC q q b q q a T TC q b q
没有三次项 满足对称要求的不变式 得不到满足要求的三次项
2 4
2
q q
q1 q2 q3 0
对于一维，平均场理论，给出连续相变。
1－4、二维六角晶体的液固相变
q
2
在各向同性的系统，系数
Aq
只依赖波矢
q
的数值大小
这样，序参量对自由能的贡献仅与 因而得到二次项
Q
2
i
数值大小有关
2 AQ
qi Q
q
二次项
2 AQ
qi Q
q
2
i
实际相变是对应 实际的序参量是
qi Q
211064087_固-液
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 3 期固-液/气-液多相耦合热控技术应用研究进展吴伟雄1，谢世伟1，马瑞鑫1，刘吉臻1，2，汪双凤3，饶中浩4（1 暨南大学国际能源学院，能源电力研究中心，广东 珠海 519070；2 华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室，北京 102206；3 华南理工大学化学与化工学院，传热强化与过程节能教育部重点实验室，广东 广州 510641；4河北工业大学能源与环境工程学院，河北省热科学与能源清洁利用技术重点实验室，天津 300401）摘要：相变热控技术具有设备性能可靠、质量轻、耗能低等优点，在工业和学术界受到广泛关注。
利用固-液相变恒温吸热和气-液相变超高导热特性，可实现多相耦合的高效储热传热过程。
本文针对固-液/气-液多相耦合热控技术提出多相耦合概念，以典型相变材料和热管耦合系统为切入点，首先介绍相变及多相耦合的工作原理，归纳了两者之间的典型耦合方式：相变材料分别置于热管蒸发段、冷凝段、绝热段，或热管整体嵌入相变材料作为导热骨架；然后着重评述了目前国内外多相耦合热控技术用于电子器件冷却和电池热管理领域的研究进展，并对其他领域（如蓄热/冷）的应用现状进行总结；最后从材料改性、器件耦合、系统协同等角度提出当前面临的问题和未来发展方向。
关键词：相变材料；热管；固液相变；气液相变；多相耦合；热控中图分类号：TQ026.9 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）03-1143-12Research progress of solid-liquid/gas-liquid multiphase couplingthermal control technologyWU Weixiong 1，XIE Shiwei 1，MA Ruixin 1，LIU Jizhen 1，2，WANG Shuangfeng 3，RAO Zhonghao 4(1 Energy and Electricity Research Center, International Energy College, Jinan University, Zhuhai 519070, Guangdong,China; 2 State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources, North China Electric Power University, Beijing 102206, China; 3 Key Laboratory of Enhanced Heat Transfer and Energy Conservation of the Ministry of Education, College of Chemistry and Chemical Engineering, South China University of Technology, Guangzhou510641, Guangdong, China; 4 Key Laboratory of Thermal Science and Clean Energy Technology of Hebei Province, Collegeof Energy and Environmental Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China)Abstract: The thermal control technology based on phase change has the advantages of reliableequipment performance, light weight, and low energy consumption, which receives widespread attention in industry and academia. Using the characteristics of solid-liquid phase change constant temperature endothermic and gas-liquid phase change ultra-high thermal conductivity, a multiphase coupled high-efficiency heat storage and heat transfer process can be realized. This paper proposes the concept ofmultiphase coupling for the solid-liquid/gas-liquid multiphase coupling thermal control technology.综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0832收稿日期：2022-05-06；修改稿日期：2022-06-26。
高温相变储热换热装置仿真建模及分析
高温相变储热换热装置仿真建模及分析徐桂芝;胡晓;金翼;杨岑玉;李传;丁玉龙【摘要】相变储热因单位体积储热量大,储热和放热过程温度基本恒定等优点而成为目前研究的热点.相变过程中涉及固液两相间融化和凝固的传热问题,其储放热过程是一个复杂的非稳态相变过程.本文对高温相变储热换热装置进行换热特性研究,通过研究储热单元的换热特性,基于FLUENT软件,结合装置的设计参数和相变复合材料的物性参数,对相变储热系统储/放热过程中内部的温度分布、传热速率和储放热效率进行了数学建模及模拟分析,重点研究了不同传热流体速度对单元储/放热性能的影响规律.根据仿真结果,在相变储热装置的设计中,可选择合适的空气流速,以实现不同的散热功率及储放热时间,满足不同用户的用热需求.物理实验表明仿真结果偏差较小,可为高温相变储换热装置设计、优化等工作提供依据.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2019(008)002【总页数】9页(P338-346)【关键词】相变储能;储热装置;数值模拟【作者】徐桂芝;胡晓;金翼;杨岑玉;李传;丁玉龙【作者单位】全球能源互联网研究院有限公司,北京102209;全球能源互联网研究院有限公司,北京102209;全球能源互联网研究院有限公司,北京102209;全球能源互联网研究院有限公司,北京102209;伯明翰大学,英国伯明翰B15 2TT;伯明翰大学,英国伯明翰B15 2TT【正文语种】中文【中图分类】TQ028.8我国风电、光伏等新能源发展迅速，新能源装机总量和发电量已连续多年稳居全球首位。
但受社会用电需求增长放缓等多方面原因影响，新能源消纳能力不足，弃风弃光形势严峻；能源消费结构的不合理，不仅加剧了新能源消纳问题，而且带来了严重的大气污染问题，雾霾天气影响范围持续加大。
储热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术之一。
相变储热因单位体积储热量大，储热和放热过程温度基本恒定等优点而成为目前研究的热点。
基于相变线源解的固液热导率测量方法及其影响因素分析
第52卷第1期2021年1月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.1Jan.2021基于相变线源解的固液热导率测量方法及其影响因素分析周天，袁杰，马爱纯(中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙，410083)摘要：基于相变线源解提出一种同时估算相变材料(PCMs)固液两相热导率的参数估计方法，该方法通过记录相变区域中某一监测点液相温度−时间曲线拟合得到相变材料的固液两相热导率。
首先利用灵敏度分析讨论该方法的可行性，随后采用数值模拟的方法研究热线半径、测点位置、加热功率、试样半径对固液两相热导率估算结果的影响规律。
研究结果表明：液相热导率具有较高的灵敏度，其估算结果精度较高，并随着相变时间逐渐增加；而固相热导率的灵敏度较低，其估算结果更易受到各类因素引起的温升变化影响。
关键词：相变材料；热导率；灵敏度分析；数值模拟中图分类号：O551.3文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2021）01-0276-09A method for estimating solid-and liquid-phase thermal conductivities based on phase-change line-source solution andanalysis of influencing factorsZHOU Tian,YUAN Jie,MA Aichun(School of Energy Science and Engineering,Central South University,Changsha 410083,China)Abstract:A parameter estimation method for simultaneously estimating solid-and liquid-thermal conductivities of phase change materials(PCMs)was proposed based on the phase-change line-source solution.In this method,the thermal conductivities were obtained by measuring the liquid temperature curve at a monitoring point.The sensitivity analysis was carried out based on this method,and the effects of hot-wire radius,monitoring point position,heating power and sample radius on the result of thermal conductivities were observed and studied numerically,and the related rules were analyzed.The results show that because of the high sensitivity,the estimation accuracy of liquid phase thermal conductivity is higher,and increases gradually with the increase of theDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.01.028收稿日期：2020−10−10；修回日期：2020−11−20基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(52076217)；湖南省自然科学基金资助项目(2020JJ5763)(Project(52076217)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(2020JJ5763)supported by the Natural Science Foundation of Hunan Province)通信作者：马爱纯，博士，副教授，从事热工设备和热工过程仿真与优化、热物性测试研究；E-mail ：****************.cn引用格式：周天,袁杰,马爱纯.基于相变线源解的固液热导率测量方法及其影响因素分析[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(1):276−284.Citation:ZHOU Tian,YUAN Jie,MA Aichun.A method for estimating solid-and liquid-phase thermal conductivities based on phase-change line-source solution and analysis of influencing factors[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(01):276−284.第1期周天，等：基于相变线源解的固液热导率测量方法及其影响因素分析time.While the sensitivity of solid phase thermal conductivity is lower,its accuracy is easily affected by the trend of temperature rise caused by various factors.Key words:phase-change material;thermal conductivity;sensitivity analysis;numerical simulation为了克服快速城市化和化石燃料资源枯竭导致的能量供需缺口不断扩大的情况，开发提高能源利用效率的新技术已成为国内外学者关注的研究热点。
相变微胶囊悬浮液传热性能的研究进展
相变微胶囊悬浮液传热性能的研究进展李晓燕;李凯娣;曲冬琦【摘要】相变微胶囊悬浮液作为一种潜热型功能流体,其独特的性能使其受到科研工作者的关注。
在回顾了现有相变微胶囊悬浮液传热性能的研究进展,对相变微胶囊悬浮液的导热性能、对流传热特性分别进行介绍。
讨论了悬浮液的体积浓度、雷诺数(Re)、斯蒂芬数(Ste)、努塞尔数(Nu)及无量纲过冷度等因素对相变微胶囊悬浮液换热能力的影响,以及相变微胶囊悬浮液管内换热特性。
本文针对相变微胶囊悬浮液中添加纳米粒子(纳米Al2 O3,纳米Fe,纳米TiO2)和磁性材料对其导热系数和强化传热的提升情况进行了讨论,并指出了目前研究存在的问题和今后研究的发展方向。
%As a new type of a latent functional thermalfluid,microencapsulated phase change material suspen-sion (MPCMS)has attracted much attention of researchers due to its unique properties.This paper reviews pre-vious studies and developments with regard to the heat transfer properties of a MPCMS.We analyzed the rela-tionship between several key parameters and heat transfer ability of MPCMS.These key parameters include the volume concentration of the suspension,the Reynolds number (Re),the Stefan number (Ste),the Nusselt number (Nu).We characterized both thermal conductivity and convection heat transfer,and we discuss how these properties can be significantly improved by adding nanoparticles (nano-Al2 O3 ,nano-Fe,nano-TiO2 )or magnetic materials.Furthermore,the key issues related to the heat transfer of MPCMS which needed to be solved in future were further pointed out.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2016(047)004【总页数】7页(P4033-4039)【关键词】相变微胶囊;传热性能;纳米材料;强化换热【作者】李晓燕;李凯娣;曲冬琦【作者单位】哈尔滨商业大学能源与建筑工程学院，哈尔滨 150028;哈尔滨商业大学能源与建筑工程学院，哈尔滨150028;哈尔滨商业大学能源与建筑工程学院，哈尔滨 150028【正文语种】中文【中图分类】TB34相变材料微胶囊悬浮液(microencasulated phase change materials suspension, MPCMS)是一种新型储热介质，由相变材料微胶囊(MPCM)颗粒和单相传热流体构成。
中高温熔点金属材料固_液相变点导热系数测量
中高温熔点金属材料固–液相变点导热系数测量李长庚1，周孑民2（1.中南大学物理学院，湖南长沙 410083； 2.中南大学能源与动力工程学院，湖南长沙 410083）摘要:设计了一种中、高温熔点金属材料固-液相变点温度附近热物性动态测算方法，并与计算机实时数据采集和测控技术结合起来，研制了相应的动态测试仪。
通过实验测定相界面的移动速率与相变导热反问题的数值计算相结合的办法来确定被测材料的热物性。
分别对相变室、炉体、相界面探测器、温度在线检测与控制系统、测试过程进行了设计，对测试系统的测量误差进行了定量分析，发现采用此方法测试的系统误差不超过3%。
用已知热物性的锌、铝金属对此方法进行了检定，得到了较为满意的测试结果。
关键词:金属材料；相变；导热系数中图分类号:TM206 文献标识码:A 文章编号:1001-2028（2003）10-0042-04Medium/High Melting Metals: Measurement of Coefficient ofThermal Conductivity at the Point of Solid-liquid TransitionLI Chang-geng1, ZHOU Jie-min2(1.School of Physical Science and Technology, CSU, Changsha, 410083, China; 2. School of Energy and Power, CSU,Changsha, 410083, China)Abstract: A new method was designed for determining the dynamic thermo-physical properties of medium/high melting metals in phase transition. The measurement instrument was developed based on computer-aided real-time data acquisition and measurement-control technology. The thermo-physical properties can be determined through the measurement of the phase-interface-moving rate and the calculat ion of face-change thermal conductivity inverse problem data. The quantity analysis shows that the maximum systematic error of the instrument is less than 3%. The measured results by the method of Zn and Al, of which thermo-physical properties are know, is satisfied.Key words: metallic materials; phase transition; thermal conductivity材料的热物性能是指材料在热学过程中所表现出来的反映各种热力学特性的参数的总称，它系统地反映了材料的载热能力和热输运能力。
相变材料的热学性能测试与评价
相变材料的热学性能测试与评价相变材料是一种具有特殊热学性质的材料，其在特定温度范围内可发生相变，从一个物态转变为另一个物态。
这种相变过程伴随着热量的吸收或释放，因此相变材料具有优异的储能和调温功能。
为了评价相变材料的热学性能，需要进行一系列的测试和评价。
首先，对相变材料的相变温度进行测试。
相变温度是指相变材料从一个物态转变为另一个物态所需要的温度。
常见的相变材料有固液相变材料和固气相变材料，因此需要分别测试其熔点和沸点。
通过热差示扫描量热仪等仪器，可以准确地测定相变材料的相变温度。
其次，对相变材料的相变潜热进行测试。
相变潜热是指相变过程中单位质量的热量变化。
相变潜热的大小直接影响相变材料的储能能力。
常见的测试方法是差示扫描量热仪，通过测定相变材料的热容和温度变化，可以计算得到相变潜热。
除了相变温度和相变潜热，还需要测试相变材料的热导率。
热导率是指单位时间内单位面积的热量传导量。
相变材料的热导率对于其在储能和调温过程中的热量传递效率至关重要。
常见的测试方法有热导率仪，通过测定相变材料的温度梯度和热流量，可以计算得到热导率。
此外，还可以对相变材料的循环稳定性进行评价。
循环稳定性是指相变材料在多次相变循环中性能的保持程度。
相变材料的循环稳定性直接影响其在实际应用中的可靠性和使用寿命。
通过多次循环测试，观察相变材料的相变温度、相变潜热和热导率是否发生变化，可以评估其循环稳定性。
最后，还可以对相变材料的微观结构进行表征。
相变材料的微观结构对其热学性能有着重要影响。
通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜等仪器，可以观察相变材料的晶体结构、晶粒尺寸和晶界等微观结构特征，从而深入了解其热学性能。
综上所述，相变材料的热学性能测试与评价是一个复杂而重要的过程。
通过对相变温度、相变潜热、热导率、循环稳定性和微观结构的测试和评价，可以全面了解相变材料的性能特点，为其在储能、调温等领域的应用提供科学依据。
相变材料的研究和应用前景广阔，相信在不久的将来，相变材料将在能源领域、建筑领域等方面发挥重要作用。
固液两相流体流速热力学数值分析
固液两相流体流速热力学数值分析李俊烨;王兴华;许颖;郭豪【摘要】以磨粒流加工非直线管为研究对象，通过对固液两相流热力学能量平衡方程的数学分析和非直线管内部通道固液两相磨粒流抛光的流动传热特性及相应的表面加工特性进行数值模拟，可获得不同入口速度条件下的非直线管通道近壁面处的湍流动能、湍流强度、湍流粘度、动态压强分布云图及速度与湍流动能、速度与温度之间的对应关系，藉此研究多物理耦合场条件下固液两相磨粒流加工热力学特性，为实现磨粒流抛光表面质量控制技术提供理论基础。
【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】5页(P82-85,93)【关键词】非直线管;固液两相流;流体流速;热力学;数值分析【作者】李俊烨;王兴华;许颖;郭豪【作者单位】长春理工大学机电工程学院，长春 130022;长春理工大学机电工程学院，长春 130022;长春理工大学机电工程学院，长春 130022;长春理工大学机电工程学院，长春 130022【正文语种】中文【中图分类】TH1610 引言磨粒流加工技术是通过一种载有磨料的粘弹体的软性磨料介质，在压力作用下往复流过零件被加工面来实现光整的。
利用磨粒流中的磨粒充作无数的切削刀具，以其坚硬的锋利的棱角对工件表面进行反复切削，从而达到一定的加工目的[1]。
磨粒流所流经的任何部位都将被光整，对于那些一般工具难以接触的零件内腔，磨粒流加工技术的优越性尤为突出[2]。
磨粒流加工是在力、热、流多物理耦合场条件下进行的，磨粒流属于固液两相流体，磨粒流加工原理图如图1所示。
图1 磨粒流加工原理图在该项技术的研究中，Tatsuaki Furumoto等学者对注塑模具内表面进行自由磨粒光整加工，表面粗糙度在加工初始阶段提高明显，高速自由流动的磨粒导致磨粒动能增加，从而增加磨粒与内表面碰撞的机会并提高表面质量[3]。
计时鸣等学者基于对Preston方程及其修正系数对VOF的模具结构化表面软性磨粒流数值模拟，利用欧拉-欧拉多相流模型中的mixture模型和Realizable k-ε湍流模型对V型纹理半环形截面流道内液-固两相流在不同颗粒浓度下运行时的壁面湍流效应进行了数值模拟，计算了流场中湍流速度及湍动性能等参数；通过对不同规格颗粒对壁面的压力进行仿真研究，证实了模具微型通道的形状和结构对磨粒流抛光也有重要影响[4]。
液态合金有效热扩散率DFP反算方法
液态合金有效热扩散率DFP反算方法
李晓桥;朱丽娟;赵志立;梁迪
【期刊名称】《铸造》
【年(卷),期】2002(051)008
【摘要】以铝合金熔液为例进行液态合金有效热扩散率的测试和计算方法研究.采用数值计算和DFP优化技术,通过对待测液态合金有效热扩散率的优化计算使铸件凝固温度场计算结果与实测温度场趋于一致,最终获得该合金液的有效热扩散率随温度变化的规律.文中给出了优化反算的程序流程图.
【总页数】4页(P477-480)
【作者】李晓桥;朱丽娟;赵志立;梁迪
【作者单位】沈阳大学机械工程学院,辽宁沈阳,110041;沈阳大学机械工程学院,辽宁沈阳,110041;沈阳大学机械工程学院,辽宁沈阳,110041;沈阳大学机械工程学院,辽宁沈阳,110041
【正文语种】中文
【中图分类】TG21-39
【相关文献】
1.基于MPS方法模拟液态铅铋合金中弹状气泡上升 [J], 李昕;田文喜;陈荣华;王来顺;苏光辉;秋穗正
2.7N01铝合金Johnson-Cook模型参数的反算方法 [J], 吕思雨; 钟睦; 葛凯
3.基于MPS方法的液态铅铋合金内气泡上升流数值模拟 [J], 陈荣华;田文喜;左娟莉;苏光辉;秋穗正;许建辉
4.液态铝合金在线连续除气的方法和装置 [J],
5.采用连续加入液态锂于铝液流中的方法生产Al—Li合金 [J],
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EFF ECTIV E THERMAL CONDU CTIV I T Y WI THINOL ID2L IQU ID PHASE CHAN GE
CHEN Jingliang , TIAN Huaizhang and CHEN Linhui
( School of Energy & Power Engi neeri ng , Xi ’ an Jiaotong U niversity , Xi ’ an 710049 , S haanxi , Chi na)
Ra [6 ] : (a) 311 × 10 4 ; (b) 2195 × 10 5 ; (c) 316 × 10 6
由 板 卡 PCL2818 H G 和 PCLD2789D 组 成 . PCL2 818 H G 板卡集 IO 接口 ( ISA ) 、AD 转换 、DO 输 出 ( 作为多路选通的控制 ) 、直流放大 、采样保持 和多 路 选 通 于 一 体 . 由 于 通 道 数 太 多 , 使 用 PCLD2789D 来扩展输入通道 . 在实验中 , 需要实现等热通量和恒壁温边界条 件 . 等热通量边界条件很容易实现 , 只需要调节调 压器的电压值即可 , 并且通过功率变送器实现即时 监测 . 恒壁温条件的实现需要用计算机控制功率继 电器输出板 PCLD2885.
作层流流动 ; ( 5) 流体密度与温度的关系 , 遵从 Boussinesq 假定 , 固液两相存在密度差 . 相变问题的能量方程可以分为固相 、液相和界 面三部分描述 [ 4 ]
5T 固相 ( T < T m) : ρ Cs 5 t s = div ( ksgrad T s) + S T ,s
( 1)
5 Tl ρ Cl = div ( k l grad T l ) + S T , l 5t
( 4)
Fig11 Schematic of two2dimension p hase change problems
这样处理后 , 由于方程中没有了速度项 , 液相 的数学描述和固相完全一样 , 使边界条件和数学模 型的求解大为简化 . 为了修正模型在液相计算中的 误差 , 本文引入液相有效热导率 k ef 的概念 , 通过 液相 Prandtl 数 Pr 、Rayleigh 数 R a 和相变界面位 置s ( t ) 等参数对液相热导率加以修正 . 公式中的热 导率 k 用自然有效热导率 k ef 代替 . 对于一维相变问题 , 由文献 [ 2 , 3 ] ( 在 R a < 1010 , Pr < 105 的范围内) , 得到有效热导率的经 验公式如下
1 固液相变数学模型
111 前人的基础工作
在建立数学模型之前 , 需要进行一些合理的简 化和假设 [ 4 ] : ( 1) 对熔化过程 , 假定固相初始过冷 ; 对凝固 过程 , 假定液相初始过热 . 因为实验条件所限 , 不 可能使初始状态处于临界状态 ; 而另一方面 , 在实 际蓄能应用中 , 过热或过冷的显热部分均可以被充 分利用 , 以提高蓄能能力 ;
2003 - 05 - 06 收到初稿 , 2003 - 09 - 23 收到修改稿 . 联系人 : 田怀璋 . 第一作者 : 陈敬良 , 男 , 26 岁 , 硕士 .
验研究的基础上 , 提出了二维相变模型中有效热导 率计算公式 . 通过利用硬脂酸一维和二维相变模型 的仿真计算 , 验证了有效热导率公式的正确性 .
Received date : 2003 - 05 - 06.
Corresponding aut hor : Prof . TIAN Huaizhang. E - mail : hztian @mail1xjtu1edu1cn
第 55 卷 第 7 期 陈敬良等 : 固液相变数学模型中有效热导率
为确定参数之间的经验关系式和验证数学模型 的正确性 , 设计了一套实验装置 ( 如图 3 所示) . 实验装置为一个长方体 , 其外形尺寸为 : 200 mm ×
200 mm ×200 mm. 实验装置外壁包有绝热材料 .
3 数学模型的处理方法
本文采用显热容法求解数学模型 . 显热容法就 是把物质的潜热看作是在足够厚度的相变区域内有 一个很大的显热容量 . 显热容法假设相变是发生在 Δ T , 因此 , 相变 T m 附近的一个温度范围内 T m ± 区域上温度随时间的变化 T2t 曲线是连续的 [ 7 ] . 因此对整个区域 , 能量方程式 ( 1 ) 、式 ( 3 ) 和式
keff = N uDeff kl
( 5)
0125
N u = 0122
Pr Ra Pr + 012 Pr + 012 Pr
0128
l s ( t)
0129
l if ( ) > 2 ( 6) s t l ≤ 2 s t)
N u = 0118 Pr =
Ra
if 1 ≤ (
( 7)
3 ν β l g l ΔT , Ra = , Δ T = | T w - T m| α α ν l l l
液相 ( T > T m) :
ρ Cl 5 Tl + v grad T l = div ( k l grad T l ) + S T , l 5t
( 2)
界面 ( T = T m) :
Γ( t ) = { ( x , y , z ) | T ( x , y , z , t ) = T m}
( 3)
实际相变过程中 , 液相流动速度非常小 , 流场 的计算对蓄能并无多大意义 . 所以自然对流可简化 为只影响换热 , 对其他的影响可忽略 . 因此 , 可将 含自然对流的 Stefan 问题简化为仅用能量方程加 以描述 , 速度对蓄能和释能的影响可以通过对热导 率的修正来考虑 [ 5 ] . 这样 , 去掉能量方程 ( 2 ) 含 有速度分量的那一项之后 , 能量方程可进一步简化 为[ 4 ] : 液相 ( T > T m)
研究论文
固液相变数学模型中有效热导率
陈敬良 田怀璋 陈林辉
( 西安交通大学能动学院制冷与低温工程系 , 陕西 西安 710049)
摘 要 在一维固液相变数学模型中有效热导率计算公式的研究基础上 , 根据理论分析和实验数据 , 对一维有 效热导率进行了修正 , 并把有效热导率计算公式应用到二维相变问题中 . 通过对等热通量和等壁温边界条件的 仿真计算结果与实验数据相比较 , 说明了本文的有效热导率计算方法的合理性 . 关键词 硬脂酸 有效热导率 相变蓄能 中图分类号 T K 51214 文献标识码 A 文章编号 0438 - 1157 ( 2004) 07 - 1072 - 05
第 55 卷 第 7 期 化 工 学 报 Vol155 № 7 2004 年 7 月 Journal of Chemical Industry and Engineering ( China) J uly 2004
Abst ract Based on t he empirical equation of one2dimensional effective t hermal conductivity wit hin mat hematical model of solid2liquid p hase change , a modified equation of effective t hermal conductivity is proposed and applied to solving t he two2dimensional problem according to mat hematical analysis and experimental data1 The result s of t he model simulation are compared wit h t he experimental data and t he computing met hod for effective t hermal conductivity is reasonable. Keywords stearic acid , effective t hermal conductivity , p hase change t hermal energy storage
・1 0 7 3 ・
( 2) PCM 为纯净物且各向同性 ; ( 3) 固相 PCM 导热遵从傅里叶导热定律 ; ( 4 ) 液相 PCM 为不可压缩 Newtonian 流体 ,
料 , 其物性不同 , k ef 不同 . 特征尺度 l 取 x 方向 的长度 . 112 应用于二维相变问题求解 在现实生活中 , 相变问题一般都是多维问题 . 为了增加有效热导率在实际相变问题中的应用范 围 , 有必要把其应用到二维相变问题的计算中 . 二 维相变问题 ( 如图 1 所示) 与一维相变问题有很大 的不同 . 在一维相变问题中 , 相变界面是一个平 面 , 而在二维相变问题中 , 相变界面是一个曲面 . 当有效热导率的经验公式应用于二维相变问题时 , s ( t ) 、 l 所表示的含义已改变 . 通过仿真和实验的 多组数据比较 , 发现取特征尺度 l 等于对角线 OB 的长度 、s ( t ) 等于 OA 的长度 , 计算出来的结果 与实验的结果吻合得比较好 .
引 言
硬脂酸 ( stearic acid) 又称十八酸 , 分子式 C18 H36 O2 , 结构式 CH3 ( CH2 ) 16 COO H , 是一种以甘油 脂形式存在于动物脂肪中的饱和脂肪酸 . 由于硬脂 酸熔化潜热较高 , 原料易得 , 对人体无任何毒害作 用 , 且价格便宜 , 是一种有较好应用前景的相变蓄 能材料 [ 1 ] . 硬脂酸的熔点为 64 ～ 68 ℃, 该相变温 度为利用储存 75 ℃ 以上的余热和向供暖 、生活用 水装置提供热量 , 提供了理想的传热温差 . 虽然一维相变模型中有效热导率的研究在一些 文献 [ 2 ,3 ] 中已有了介绍 , 但是二维相变模型中有效 热导率的研究还开展得较少 . 本文在理论分析和实