蓄冷球凝固的fluent数值模拟研究

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共晶盐蓄冷球的蓄冷过程数值模拟

共晶盐蓄冷球的蓄冷过程数值模拟摘要:以共晶盐蓄冷球为研究对象,基于三维对称有限元模型,用ＡＮＳＹＳ10.0作为计算平台,模拟分析了等条件下的3个不同几何结构的蓄冷球的传热蓄冷过程,同时研究了载冷剂温度对其凝固时间的影响。

结果表明,数值模拟与实验结果吻合程度较高,改进蓄冷球几何构和降低载冷剂注入温度,均可缩短蓄冷球的凝固时间。

关键词:共晶盐蓄冷球;ＡＮＳＹＳ;几何结构;载冷剂温度冰蓄冷空调系统能有效实现电力的“移峰填谷”和节约运行费用,在当代制冷节能空调业中颇受青睐。

目前主要制冰方式有动态制冰(以冰晶式为代表)与静态制冰方式(如冰球式)。

由于冰球式蓄冷空调系统安装简单、便于维护等优点在我国蓄冷系统中应用的最为广泛[1]。

其原理是制冷机组将用电低谷时制取的低温冷冻水流经蓄冷球表面,在此进行热量交换,使得球内的共晶盐相变材料凝固成冰,到达用电高峰期时,凝固的相变材料释放出冷量提供给用户,从而降低高峰时运行制冷机组的电费。

而蓄冷球几何结构的设计和蓄冷系统运行参数的合理选择有利于缩短蓄冷材料的凝固时间,亦即减少了蓄冷时的电能消耗,也进一步降低了该空调系统的电费支出。

本文采用充注等质量共晶盐相变材料的半径为0.04ｍ的球体蓄冷球Ａ、轴半径分别为0.05、0.04、0.032ｍ一般椭球体蓄冷球Ｂ以及轴半径为0.16、0.02、0.02ｍ旋转椭球体蓄冷球Ｃ(物理模型如图)为比较分析对象,用ＡＮＳＹＳ10.0作为计算平台,建立三维对称的有限元模型,同时通过改变载冷剂图1蓄冷球物理模型温度,来分析球体几何结构与载冷剂温度的改变对蓄冷球凝固时间的影响。

1物理模型与数学方程的建立从微观方面研究单个共晶盐蓄冷球的凝固时间,蓄冷球球壳采用高密度聚乙烯材料,载冷剂采用质量百分比浓度为25%、输入温度为5℃的乙二醇溶液,球内充注温度为9℃的共晶盐相变材料,采用哈尔滨商业大学自行开发的相变材料[2],其物性参数如下:相变温度为8℃,密度为1615.3ｋｇ/ｍ3,固相导热系数为2.2Ｗ/(ｍ·℃),相变潜热为6.6×104Ｊ/ｋｇ,比热容为1.8×103Ｊ/(ｋｇ·℃)。

Fluent 数值模拟在制冷与空调领域中的应用分析

ＰｒｅｐＤＦ
ＰＤ喳表
图１基本程序结构示意图
收稿日期：２０１４— ０５—１２作者简介：赵慧玲（１９８２一），女，山西运城人，山西财贸职业技术学院教师，研究方向为空调供热。
２０
赵慧玲：Ｆｌｕｅｎｔ数值模拟在制冷与空调领域中的应用分析
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２— ０３４２．２０１４．０２．００６
中图分类号：ＴＰ３１
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２— ０３４２（２０１４）０２— ００２０—０３
（二）利用Ｆｌｕｅｎｔ程序求解的问题种类
湿度、污染物浓度、流等室内气候环境的分布进行合理控制，较好地把握其分布特点＿６Ｊ。此外，
Ｆｌｕｅｎｔ是除了模型试验室外对三维室内气流分布
Ｊｕｎ．２０１４
Ｆｌｕｅｎｔ数值模拟在制冷与空调领域中的应用分析
赵慧玲
（山西财贸职业技术学院，山西太原０３００３１）
摘
要：介绍了Ｆｌｕｅｎｔ数值模拟在从制冷和空调领域中的应用价值。主要以Ｆｌｕｅｎｔ数值模拟技术
特性进行合理判断的有效手段。目前，Ｆｌｕｅｎｔ模拟技术在空调供暖领域中得到了广泛的应用。其中室内热环境的相关计算机模拟技术在部分发达国家领域已经达到了实用阶段。工程设计或科学研究利用商用软件进行计算可以节省大量的研究成本，缩短计算时间，使科研

蓄冷板冻结过程的数值模拟与实验研究

ｍｅｎｔａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｂｕｔｉｔｐｏｓｅｓｍａｒｇｉｎａｌｉｍｐａｃｔｓｏｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｙｓｒｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｔｏｆｒｅｅｚｅ—ｕｐ．
（天津商业大学天津市制冷技术重点实验室，天津３００１３４）
摘要：文中对蓄冷板内共晶液的热力学特性进行了分析。运用数值方法对不同温度下的ＮａＣ１蓄冷板冻结过
程进行模拟研究，并实验验证了模拟的准确性。研究结果表明：当环境温度低于共晶液的共晶温度一２１．２ ℃时，蓄
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｌｄｐｌａｔｅ，Ｆｒｅｅｚｉｎｇ，Ｎｕｍｅｉｒｃｌａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｅｘｐｅｉｒｍｅｎｔ
１引言
蓄冷板又称冷板，其制冷原理就是利用共晶盐溶液冻结后所蓄存的冷量进行制冷。蓄冷板是
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｐｅｔｙｒｏｆｃｏｌｄｐｌａｔｅｅｕｔｅｃｔｉｃｌｉｑｕｉｄｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅｆｒｅｅｚｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆＮａＣ１ｃｏｌｄｐｌａｔｅｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｎｕｍｅｉｒｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｍｅｔｗｅｌｌｗｉｔｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｅｌｗａｓａｐｔｆｏｒｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｆｒｅｅｚｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

fluent凝固相变模型

fluent凝固相变模型Fluent凝固相变模型引言：Fluent凝固相变模型是一种用于模拟物质从液态到固态的相变过程的计算模型。

该模型基于流体动力学（CFD）方法，并考虑了物质的输运、热传导和相变等过程。

在工程领域中，该模型广泛应用于研究和优化凝固过程，例如金属凝固、半导体生长和冷冻食品制造等。

一、Fluent凝固相变模型的原理Fluent凝固相变模型是基于质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本方程进行建模的。

在模型中，通过引入凝固速率、凝固热和凝固界面等参数，可以准确地描述物质的凝固过程。

模型中的凝固速率方程通常采用Stefan方程或类似的数学形式，用于描述凝固界面的移动速度。

二、Fluent凝固相变模型的关键特点1. 考虑相变潜热：Fluent凝固相变模型考虑了物质在凝固过程中释放或吸收的相变潜热。

这对于准确预测凝固过程的温度分布和相变界面的位置非常重要。

2. 考虑界面传热：Fluent凝固相变模型考虑了凝固界面处的热传导效应。

在模型中，通过引入界面传热系数和界面温度跳跃等参数，可以考虑凝固界面处的热传导现象。

3. 考虑物质输运：Fluent凝固相变模型不仅考虑了物质的凝固过程，还考虑了物质的输运过程。

在模型中，通过引入扩散系数和输运速率等参数，可以准确地描述物质的输运过程。

4. 考虑晶体生长：Fluent凝固相变模型考虑了晶体生长的过程。

在模型中，通过引入晶体生长速率和晶体取向等参数，可以准确地描述晶体生长的动力学行为。

三、Fluent凝固相变模型的应用案例1. 金属凝固过程模拟：利用Fluent凝固相变模型，可以模拟金属凝固过程中的温度分布、相变界面的位置和晶体生长等行为。

这对于优化金属凝固工艺、提高产品质量具有重要意义。

2. 半导体生长过程模拟：Fluent凝固相变模型可以应用于半导体生长过程的模拟和优化。

通过模拟生长过程中的温度分布和晶体生长行为，可以预测生长过程中可能出现的缺陷，并采取相应的措施进行修正。

AFluent学习笔记-凝固和融化模型

Fluent学习笔记（14）――凝固和融化模型寒冷的冬季，放在封闭桶中的水经常结冰，现在以flue nt进行数值模拟。

给出圆桶几何域，而进行模拟时是轴对称的，简化为2D，图中bottom长度为0.2m, side长度为1m，symm为对称轴位置。

1. gambit 操作symm为axis类型。

2. fluent 设置2.1 read case显示Warning: The use of axis boundary conditions is not appropriate for a2D/3D flow problem. Please con sider cha nging the zone type to symmetry or wall, or the problem to axisymmetric.可不予理睬。

2.2 models-solver spac下选择axisymmetric，其他默认。

2.3 solidification&melting 模型的选择define -models—solidification&melting（凝固与融化）点击ok即可，会出现以下对话框,因为调用了solidification&melting模型后，需要给出新的物理属性，如物质的熔点、凝固点等，弹出的对话框，提醒对物质的物理属性进行确认或修改。

2.4 energ y模型调用一般水结冰等现象肯定有热传导，所以要调用energy模型，调用solidification&melting模型以后，系统默认打开energy模型。

2.5 operation condition gravity定义x -9.8，specified operation density 默认即可。

2.6材料定义调出液态水的属性，在0度和1个标准大气压时，冰的溶解热是333.164j/g, 当水凝结成冰会放出相同的热。

蓄冷球凝固的FLUENT数值模拟研究

（ｃｏｌｆｈｍｃｌｎｉｅｒｇ，ＺｅｇｈｕＵｉｅｉＳｈｏｏｅｉｇｅｉＣａＥｎｎｈｎｚｏｎｖｒｔｓｙ，Ｚｅｇｈｕ４００ｈｎｚｏ５０２，Ｃｉａｈｎ）
ＡｂｔａｔｙｕｉｇＳｌｉｃｔｎＭｅｔｇｍｏｅｓｏＬｓｒｃ：Ｂｓｎｏｉｆａｉ／ｌｎｄｌｆＦＵＥＮｏｔａｃｈｏｉｉｃｔｎｐｏｅｓｏｉｄｏｈｓ－ｈｎｅｄｉｏｉＴｓｆ＿，ｔｅｓｌｆａｉｒｃｓｆｋｎｆｐａｅｃａｇｗｒｄｉｏａ
冷球的凝固过程进行数值传热分析。
世界范围内的研究热点…。、在空调等领域中采用相变材料蓄冷，具有转移峰谷用电、平衡电网、节约运行费用等优点。当相
变材料的相变温度为６９ｏ时，除具有常规冰蓄～Ｃ冷、水蓄冷系统的优点外，还具有可以直接利用原有制冷机组及空调系统、蓄冷设备体积小、冷损小、制冷机ＣＰ值大等特殊的优点而具有广阔的Ｏ
２ＦＵＮＬＥＴ软件介绍
ＮｕｒｃｌＲｅｅｒｈｏｏｉｉｃｔｎｏｍｅｉａｓａｃｎＳｌｆａｉｆｄｉｏＣｏｌｇＳｏａｅＢａｌｂｏｉｔｒｇｌｙＦＬＵＥＮＴｎ
ＧＵＯａｘｕ，ＸＩＣｈ — ｉＯＮＧｉｄｎＨｕ－ｏｇ，ＷＥＩＸｉ —ｉｎｌ
ｍａｅｉｎｃｌｎｔｒｇａｌｉｎｍｅｃｌｉｌｔｄｏｓｄｒｄｔｅｆｔｉｄｏｏｎａｙｃｎｉｏ．ｔｍｐｒｔｒｅｄｔｒａｉｏｉｇｓａｅｂｌｕｒａｙｓｍｕａｅ．ＣｎｉｅｅｈｒｎｆｕｄｒｏｄｔｎｅｅａｕｅｆｌｌｏＳｉｌｉｋｓｂｉｉｉｏｔｉｅｄｐａｅｃａｇｔｒａｅｐｓｔｎｃａｇｄｗｔｉｇａＳａｅａｅ，Ｉｈａｔ．ｔｅｒｌｔｎｈｐｅＳｂａｎｄａｈｓｈｅｉｅｆｅｏｉｏｈｅｉｔｎｎｎｉｎｈｍｅｉｌＯｃｕｔｄｎｔｅｍｅｉｌｌｎｍｅｈａｉｓｉｓｂ．ｅｏ

相变蓄热水平套管内凝固过程的数值模拟李启宇

相变蓄热水平套管内凝固过程的数值模拟李启宇作者：赵敬德李林林黎荣标来源：《科技创新导报》 2014年第3期李启宇赵敬德李林林黎荣标（东华大学，环境科学与工程学院上海松江 201620）摘要：该文针对相变蓄热水平套管相变过程，考虑相变区内的自然对流效应，利用计算流体力学软件Fluent软件内的凝固/融化模型对套管内十八烷相变材料进行模拟，得到了不同时刻下套管内传热流体与相变材料耦合问题的温度场、流速场的变化规律。

结论表明凝固过程开始阶段，对流换热对换热的影响十分强烈，不能忽略不计。

研究结果对蓄热套管在工程实际中的应用具有一定的参考价值。

关键词：相变蓄热凝固自然对流十八烷数值模拟中图分类号：TB34 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)01(c)-0016-03蓄能技术可以缓减能量在供求时间、地点、强度上的不匹配，是一项合理利用能源并减轻环境污染的有效方法，也是广义热能系统优化运行的重要手段[1]。

相变蓄热技术利用相变材料在发生相变过程中将暂时不用或多余的热能通过蓄热材料储存起来，需要时再利用，具有蓄能量高、温度稳定、易与运行系统相匹配、易控制等特点。

近年来，相变蓄热系统逐渐广泛地应用于太阳能热利用、余热回收、空调采暖等节能领域，相变蓄热装置的研究也越来越重要。

相变传热过程包括了相的变化和热传导的两个传热过程，是一个复杂的传热过程，在数学模型上几乎都采用近似解和数值解[2]。

康艳兵[3]等人对同心套管相变蓄热器建立了一个简便的传热模型，研究了相变材料流体温度和相变界面随时间和轴向位置的变化规律；田怀璋[4]等人考虑自然对流对相变换热的影响，与硬脂酸固液相变实验的比较表明了自然对流对相变传热的影响不可忽略。

结果表明当考虑液相部分存在对流效应和相变温度是一个范围时，相比只考虑导热得到的解析解与实验结果更吻合。

鉴于此，该文考虑相变过程对流换热的影响，利用Fluent软件模拟水平套管内传热流体与相变材料的换热过程。

基于FLUENT的凝汽器性能的数值模拟研究的开题报告

基于FLUENT的凝汽器性能的数值模拟研究的开题报告项目名称：基于FLUENT的凝汽器性能的数值模拟研究研究背景与意义：凝汽器是发电厂中重要的设备之一，其主要作用是将汽轮机的排气冷凝成液态水以供再次循环使用。

凝汽器的性能直接影响发电效率和功率输出。

因此，对凝汽器的性能进行研究是发电厂优化设计和运行的必要条件。

传统凝汽器的设计依靠经验公式和试验数据，计算和预测其性能。

然而，这些方法存在很大局限性，无法准确地预测凝汽器的性能及其工作过程。

数值模拟技术是一种新的预测凝汽器性能的方法，其能够提供更准确的结果并辅助设计优化。

本研究将利用FLUENT软件，对凝汽器进行数值模拟，研究不同工况下的流场分布、传热特性，以及结构参数对凝汽器性能的影响，为凝汽器的设计和优化提供参考依据。

研究内容和方法：本研究的研究内容包括：1. 凝汽器的三维数值模型构建；2. 基于不同工况的流场模拟和分析；3. 计算凝汽器传热、质量传递和压降特性；4. 研究结构参数对凝汽器性能的影响。

本研究采用FLUENT软件进行数值模拟。

首先，根据实际凝汽器的结构，利用CAD软件建立凝汽器三维模型；其次，采用三维计算流体力学（CFD）方法对凝汽器内部流场进行模拟和分析；接着，通过计算凝汽器的传热、质量传递和压降特性，得到不同工况下凝汽器的性能参数。

最后，通过修改凝汽器的结构参数，研究不同参数对凝汽器性能的影响。

预期成果：本研究预期可以获得以下成果：1. 建立凝汽器的三维数值模型；2. 分析不同工况下的流场分布和传热特性；3. 研究结构参数对凝汽器性能的影响；4. 提出相应优化建议；5. 发表论文。

研究时间：本研究的研究时间为一年，包括文献查阅、建模、数值模拟、数据分析和论文写作等环节。

参考文献：1. Bernd Bachmann, Ulf Hampel. Performance of a gravity-assisted spray-type condenser. International Journal of Thermal Sciences, 2003, 42: 3-16.2. Ryu K, Baek S, Myong K. Experimental study on the pressure drop characteristics of the jet ejector in the condenser of a power plant. Journal of Mechanical Science and Technology, 2014, 28: 489-496.3. Subramanyam K V, Kumar A. Numerical simulation of subcooled flow boiling in a vertical tube using openfoam. Nuclear Engineering and Design, 2012, 250: 78-86.4. 谭崇迪, 崔靖, 孙超. 凝汽器结构优化及性能分析. 机械科学与技术, 2015, 34(6): 998-1003.。

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图 7 凝固时间与载冷剂温度的关系
图 10 D = 70 mm ,载冷剂温度为 4 ℃时球内液相随时间的变化
图 8 D = 70 mm ,载冷剂温度为 4 ℃,凝固时间 1000 s 时球内固相和液相的比例
图 8 为 D = 70 mm ,载冷剂温度为 4 ℃,凝固时间1000 s时球内固相和液相的比例 ; 图 9 为 D = 70 mm ,载冷剂温度为 4 ℃,凝固时间2000 s时球内固相和液相的比例。从这两个图可以明显看出 ,经过 1000 s的时间后 ,球内相界面的位置变化以及球内凝固区域逐渐增加 ,液相比例逐步减小 ,同时也可以看出 ,相界面是沿着球径由外向内逐层推进的。
凝固时间列于表 1 。凝固时间与蓄冷球直径的关系如图 6 所示 ,当壁面温度恒定时 ,凝固时间随球径的减小而明显缩短 ,具体选择多大的直径作为蓄冷球 , 这要结合蓄冷时间的长短、传热温差的大小以及相
变材料的热物性来综合考虑 ,选择最经济的尺寸作为球径。图 7 为凝固时间与载冷剂温度的关系 ,当蓄冷球球径一定时 ,随着载冷剂温度下降 ,蓄冷球表面传热温差的增大 ,传热量也增加 ,凝固时间缩短。具体选择多大的传热温差 ,要根据热源的情况以及经济性来考虑。另外 ,在图 7 中还给出了文献〔2〕的试验结果 ,由图可见 ,本文的模拟结果与试验结果一致 ,说明本文的分析是正确的。
摘要 :利用计算流体力学软件 FLUENT 凝固/ 熔化模型对一种相变材料蓄冷球的凝固过程进行数值模拟研究 ,得到了在第一类边界条件下蓄冷球凝固过程的温度场分布 ,相界面移动规律 ,并分析了凝固时间与壁面温度和球径的关系。本文所得到的结论对相变问题的数值模拟以及相变蓄能装置的设—密度 ;
t ———凝固时间 ;
H ———任意时刻的焓 ;
href ———基准焓 (初始焓值) ;
h ———显热焓 ;
ΔH ———相变潜热项 ;
L ———物质的相变潜热 ;
β———液相率 ;
Tmelt ———相变温度 ;
cp ———定压比热 ;
κ———导热系数 ;
T ———球内任意时刻的温度。
GUO Cha - xiu1 ,XIONG Hui - dong2 ,WEI Xin li1 ,LU Li - xia2 (1. College of Chemical Engineering , Zhengzhou University , Zhengzhou 450002 , China ; 2. College of Environmental & Hydraulic Engineering , Zhengzhou University , Zhengzhou 450002 , China)
收稿日期 2005 - 10 - 01 修订稿日期 2005 - 10 - 17 基金项目 :河南省高校青年骨干教师资助项目作者简介 :郭茶秀 (1968～) ,女 ,副教授 , 博士 ,主要从事压力容
器及蓄能技术的教学与研究。
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在空调等领域中采用相变材料蓄冷 ,除了可以节约运行费用外 ,对于转移峰谷用电 ,平衡电网具有重要的意义。相变材料蓄冷系统蓄冷设备的体积小、冷损失小、制冷机 COP 值大 ,并且当相变材料的相变温度为 6～9 ℃时 ,除具有常规冰蓄冷、水蓄冷系统的优点外 ,还有一个重要的特点就是可以直接利用原有制冷机组及空调系统 ,而不必对系统进行大的改动以及更换制冷机。在相变材料蓄冷系统中 ,蓄冷槽内蓄冷体的凝固和熔化特性对蓄冷装置热性能的好坏起着决定性的作用 ,而由于该相变传热问题包括相的变化与热传导两种物理过程 ,使其比单一热传导过程显得更复杂 ,在数学上是一个强非线性问题 ,解的叠加原理不能使用 ,该相变问题一般只能采用数值方法求解。鉴于此 ,本文利用计算流体力学软件 FLUENT 针对相变温度为 6～9 ℃的蓄
图 2 (a) 蓄冷槽
图 1 FLUENT 软件的程序结构
本文首次利用 FLUENT 凝固/ 熔化模型模拟了蓄冷球在第一类温度边界条件下的凝固过程 ,模拟结果与文献〔2〕报导的试验结果基本吻合。
3 数学模型的建立
如图 2 (a) 所示 ,蓄冷球在密闭式圆柱形槽中自由堆放 ,球内密封熔点为 8 ℃的相变材料 ,封装材料为聚乙烯。低温载冷剂从蓄热槽孔隙流过球形蓄热体表面 ,吸收球内蓄冷剂的热量 ,使得蓄冷剂放出凝固热而由球壁向球内逐渐凝固 ,直至整个球内完全发生相变。蓄冷球的物理模型如图 2 ( b) 所示。由于球径较小 ,单个蓄冷球周围载冷剂温度可视为同一值。为分析方便 ,对物理模型作如下假设 : (1) 相变介质固、液两相比热、导热系数、密度为常数 ,不随温度发生改变 ; (2) 相变温度恒定 ; (3) 相变介质中热量传递以导热为主 ,忽略自然对流的影响。
2第00523年卷11,总月第,第1364
期期
《节能技术》 ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY
Vol . 23 ,Sum. No. 134 Nov. 2005 ,No. 6
蓄冷球凝固的 FLUENT 数值模拟研究
郭茶秀1 ,熊辉东2 ,魏新利1 ,芦丽霞2 (1. 郑州大学化学工程学院 ,河南郑州 450002 ; 2. 郑州大学环境与水利工程学院 ,河南郑州 450002)
图 2 (b) 蓄冷球物理模型
根据 FLUENT 的融化/ 凝固的基本理论 ,并采用以上假设后 ,数学模型可以简化为
ρ5 H 5t
=κ
2T
(1)
上式中 : H = h +ΔH
(2)
∫T
h = href + cpd T
(3)
TREF
ΔH = βL
(4)
β = 0 T < Tmelt
(5)
1 T > Tmelt
Abstract :By using solidification/ melting models of FLUENT software , the solidification process of a kind of phase - change material in cooling storage ball is numerically simulated. By considering the first kind of boundary condition , temperature field is obtained and phase change interface position changed with time is also calculated. In the meantime , the relationships between solidification time and wall temperature and ball diame2 ter are analyzed. The results got here can provide good references for the numerical simulation of phase change problem and the design of phase change energy storage device. Key words :phase - change material ; FLUENT; solidification ; numerical simulation
1 引言
当相变材料在其物相发生改变时 ,伴有较大能量的释放或吸收。利用其这种特性对能量存贮 ,可对不连续、不稳定的热量进行充分利用 ,以调整、控制工作源或相变材料周围环境的温度 ,是一种提高能源利用效率的环境友好技术。该技术在太阳能热利用、工业余热回收、采暖及空调等节能领域中都有着诱人的应用前景 ,目前已成为世界范围内的研究热点〔1〕。
关键词 :相变材料 ;蓄能 ;凝固 ;FLUENT;数值模拟中图分类号 :TU831 文献标识码 :A 文章编号 :1002 - 6339 (2005) 06 - 0488 - 04
Numerical Research on Solidification of Cooling Storage Ball by FL UENT
2260
2750
3550
50
1340
1600
1930
2520
4. 2 计算参数的设置
在 FLUENT6. 2. 16 软件中 ,选择 2D 分离式、非稳态求解器求解 , Solidification/ Melting 模型模拟蓄冷球的冷凝过程。输入相变材料热物性参数为 :相变温度为 8 ℃, 相变潜热为 66 kJ / kg ; 密度为 1615. 3 kg/ m3 ;导热系数为2. 2 W/ (m. ℃) ,比热容为 1. 8 kJ / (kg. ℃) 。边界为固壁第一类边界条件 ,输入相应的壁面温度。设置残差值为 1e - 06 ,初始化温度定为 8 ℃。时间步长的选择不能太大 ,也不宜太小 ,只要在最大的迭代步数内能够稳定收敛就可以。本文根据不同的情况选择的时间步长范围在 10～ 80 s内。 4. 3 模拟结果及分析
冷球的凝固过程进行数值传热分析。
2 FLUENT 软件介绍
利用 FLUENT 软件可以计算和揭示蓄冷球的凝固过程中温度场和相界面移动的规律。FLUENT 是计算流体流动和传热问题的大型商业计算流体力学 (CFD) 软件 ,基本程序结构如图 1 所示。软件包中提供了相变模型、湍流数学模型、辐射数学模型等 , 是一种基于非结构化网格的通用 CFD 求解器。其基本思路是将计算区域划分为一系列不重复的控制体积 ,并使每个网格点周围有一个控制体积 ,用待解的微分方程对每一个控制体积积分 ,便得出一组离散方程 ,然后求解方程组得到解。FLUENT 求解的思路和步骤是首先根据实际情况抽象和建立物理模型 ,然后选择求解模型 ,设置边界条件和初始化条件 ,设置迭代和控制参数 ,进行计算 ,经后处理和分析得出结论 ,或者根据实验结果重新调整参数进行再计算直至达到可接受的结果。最后在后置处理工具中进行对计算结果进行图形化显示 ,为产品的进一步开发、设计提供参考。