填充泡沫金屬的相變蓄熱單元管熱性能研究.pdf

1、吸熱蓄熱器是空間站太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)(Space Solar Dynamic Power System--SSDPS)的關鍵部件，其采用的蓄熱方式是高溫相變蓄熱。高溫相變蓄熱大都選用氟鹽作為相變材料(Phase Change Material--PCM)，由于固液密度不同，PCM在相變過程中會產(chǎn)生空穴，這嚴重影響了蓄熱容器的傳熱性能及結構可靠性。為改善氟鹽PCM帶來的不良影響，本文采用在PCM中填充泡沫金屬的措施，泡沫金屬以其高導熱、

2、質輕、高比熱等特點作為填充物，成為強化相變蓄熱的有效手段，泡沫骨架在強化PCM導熱的同時還能分散空穴分布，有效降低因空穴集中而產(chǎn)生的惡化PCM傳熱的影響。在航天、航空等領域有著廣闊的應用前景。
　　 本文以太陽能熱動力發(fā)電系統(tǒng)地面模擬試驗中采用的吸熱蓄熱器內部的相變蓄熱單元管為研究對象，選擇氟鹽80.5LiF-19.5CaF2作為蓄熱材料，鈷基合金Haynes188作為PCM容器及工質導管材料，并采用孔隙率為95％的多孔泡沫鎳來

3、研究單元管內部的強化傳熱情況。主要研究內容如下：
　　 (1)基于焓法，建立了相變蓄熱單元管的數(shù)學模型，并考慮了由于空穴對相變蓄熱帶來的影響。利用FLUENT軟件，通過寫入用戶自定義函數(shù)(UDF)設置周期性熱流邊界條件，對PCM容器的最高壁溫、工質氣體出口溫度及PCM的熔化份額在5個軌道周期內隨時間的變化值進行了數(shù)值計算，并且與一些文獻進行了對比，證明了本文數(shù)學模型的正確性。
　　 (2)通過對填充與未填充泡沫金屬的兩種

4、蓄熱單元管的數(shù)值計算結果的比較和理論分析，說明采用泡沫金屬確實能夠在一定程度上強化單元管的蓄、放熱效果。模擬結果表明傳熱溫差越大，蓄放熱效率越高，泡沫金屬的添加不但加快了蓄放熱速率，而且使整個蓄熱容器里的溫度分布更加均勻。
　　 (3)為保證PCM的利用率及泡沫金屬的強化效果，必須合理選擇工質的進口溫度、流量及外壁熱流。數(shù)值計算結果較好的預測了蓄熱單元管的吸、放熱性能，該熱分析模型對空間站太陽能吸熱-儲熱器的總體設計具有一定的借