泡沫金属复合相变材料传热特性的有限元仿真分析
泡沫金属／石蜡复合相变材料蓄热过程的数值模拟
论方法 。
１ 理 论 模 型 将 泡 沫金 属看 作 多孔 介质 ， 内填 充石 蜡相 变 材 其 料 ， 物理 模 型如 图 １ 示 ， 侧壁 面 为加 热面 ， 余 其 所 左 其 ３个 面均 为绝 热面 。 建 立 矩 形 空 间 内泡 沫 金 属 ／ 蜡 的二 维 相 变 传 石
的融化过程 温度 场、 流场及相界 面移动规律 ， 并比较 了有 无泡沫金属 ， 不同孔 隙率对石蜡 融化过程 的影 响。
关键词 ： 泡沫金属； 石蜡 ； 数 学模型 ； 体积平均理论； 融化 ； 温度 场； 流场 中图分类号： Ｔ ５ ９ Ｕ ９ 文献标志码： Ａ 文章编号： １ ７．２ ７ ０ ００ ．０ ８ ３ ６３７ ３ （ １）２ ３ ． ２ ０ ０
Ｎｕｍｅ ｉａ ｍ ｕａ ｉ ｆＭｅ ａ ｏ ｍ／ ａ ａ ｉ Ｒｉ ｒ ｅ ｓ ｒｃ ｌ Ｓｉ ｌｔｏｎｏ ｔ ｌ ａ Ｐ ｒ ｆ ｎ Ｍｅ ｎｇ Ｐ ｏｃ ｓ Ｆ
Ｌ Ｕ ａ ｇ Ｉ Ｆ ｎ ，ＹＵ Ｈａ ｇ ｎ
（ｏｌｇ ｆ ｃａ ｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇＴ ｎ ｉＵｎｖｒｉ ，ｈ ｎ ｈｉ ０ ９ ， ｈｎ ） Ｃ ｌ ｅｏ Ｍｅｈ ｎｃ ｇｎｅｉ ， ｏ ｇｉ ｉｅｓｙ Ｓ ａ ｇ ａ ２０ ２ Ｃ ｉａ ｅ ａＥ ｎ ｔ Ａ ｓｒｃ ： ｗ － ｉ ｎｉｎ ｏ ｅ ｆｌ ｄｗｔ ｏｍ ｍ ｔ／ａａ ｎ ｉ ｅｔ ｌｈｄ ｎ ｔｅ ｔ ａ ｄ ｌｉ ｅｔ ｌ ｈｄ ｕｉｇｔ ｂ ｔａ ｔ Ａ ｔｏ ｄｍｅｓ ａ ｍ ｄ ｌ ｌ ｉ ｏｌ ｉｅ ｈｆ ａ ｅａ ｐｒｆ ｓ ｓ ｂｉ ｅ，ａｄａｍａｈｍａｉ ｌｍ ｅ ｓａ ｉ ｓｎ ｈ ｌ ｆ ｉ ａ ｓ ｃ ｏ ｓ ｂ ｓ ｅ ｅ
泡沫金属填充板式换热器的传热特性研究
该换热器最大的特点为 ： 将原板式换热器 的 波纹介质的填充材料替换为具有规则形状且具有 更 大 比表面积 的轻 型铁 镍泡 沫金 属材料 。该 板式
换热器相比传统的板式换热器具有更高的传热效 率， 同时具有 更 紧凑 的设 备结 构 以及更轻 的重量 。 另外 ， 泡沫金属的空密度与孔隙率可 以根据不同
力 的测 量 。该 压力 变送 器是精 度 为 ０ ５ Ｓ的扩 ．％Ｆ
散硅压力变送器， 型号 ： Ｄ一 ０ 压阻式 ， 出信 Ｍ ８１ 输
号 ： ２ 量程 ： ０ ６ＭＰ ， 用 Ｄ ４～ ０ｍＡ， ０— ． ａ采 Ｃ±２ ４Ｖ 供 电方 式 。
图 ３
力
容
器
总第 ２１ ３ 期
ｐ — —试 样密 度 试 本试 验 采 用 如 图 ３所 示 的 铁 镍 泡 沫 金 属 材
ｍ／ ， ｈ 采用型号 Ｌ Ｂ一 ０ 精度 １５ 、 Ｚ ４、 ．％ 量程 ６— ０ ６
ｍ／ ｈ的 Ｌ Ｂ玻 璃 转 子 流 量 计 进 行 测 量 ； 度 变 Ｚ 温
强化传热（ 如图 ２所示 ）并在换热器 的每个进出 ， 口设置传感器进行介质参数的测定。
模拟 ； 陈振乾等 建立 了泡沫金属 内冻结相变传 热过程的传热模型 ， 模型 中综合考虑 了泡沫金属 中骨架和流体介质不同换热特性的影 响； 李菊香 等 对管间填充多孔泡沫金属 的方形管壳式换
料， 其尺寸为 ２ ０ｍ ５ ｍ× ５ ｍ× ５ｍ 孔隙率 ２０ｍ １ ｍ，
为 ０ ９ ， 密 度 分别 为 Ｐ Ｉ， Ｐ１ ．８ 孔 Ｐ５ Ｐ Ｉ５和 Ｐ Ｉ５的 Ｐ２
送器采用一体 化现场显示温度 变送器 Ｅ ， Ｘ 其型
号 ：Ｒ Ｓ ＷＺ 一２ ８ ， 度 号 ： ｔ ０ 量 程 ： ４０ 分 Ｐｌ ， ０ ０—２ ０ ５
泡沫铝小变形压缩的有限元模拟分析
２３期苏华冰，等：基于统计孔径的泡沫铝小变形压缩的有限元模拟分析图４所示。
收钽应变图４线性强化弹塑性材料应力·应变曲线建立一个对泡沫铝块进行压缩实验的二维模型。
考虑到模型的尺寸效应，避免小尺寸带来的随机性和不稳定性，要求模型面积不能太小。
但是，如果模型的面积大，则划分的单元多，运算的时间也会大大地加长。
因此，２一Ｄ模型采用２０ｍｍＸ３０ｍｍ的面积，平面模型上每个方向的最小尺寸为最大孔径的８倍、平均孔径的２０倍以上。
表２泡沫铝基体材料性能建立的模型如图５所示，由三部分组成，中间部分是泡沫铝试件，底下是同定的垫板，顶面是只能产生竖直向下位移的压板。
压板和垫板的弹性模量约为泡沫铝基体材料的１００倍，而且厚度相对泡沫铝部分较小，所以施加在压板上的竖向位移荷载可以看成只作用在泡沫铝上，压缩变形几乎由泡沫铝部分承受。
模型设定的材料属性如表２所示。
图５泡沫铝压缩实验模型图６网格划分后的泡沫铝局部模型网格划分采用智能网格划分。
智能网格划分在小孔周围，曲率较大的地方将自动进行网格加密。
网格划分等级采用２级。
划分网格后的局部模型如图６所示。
３．２模型应力分析对压板施加位移荷载。
这里以相对密度为ｏ．３的模型为例，对压板施加向下（ｙ轴负方向）的竖向位移。
考虑到要避免模型单元的畸变过大，对模型施加３．８％的压缩应变。
其戈方向应力、Ｙ方向的应力、第一主应力、第三主应力云图（模型局部）如图７～图１０所示。
图７髫方向应力云图图８Ｙ方向应力云图图９第一主应力云图图ｌＯ第三主应力云图图７和图８中，以孔隙为中心，上下孔壁较多地表现为拉应力（红黄色），左右孔壁则较多地表现为压应力（蓝绿色），说明上下孔壁多处于受拉状态，左右孔壁多处于受压状态。
图９为第一主应力云图，表现为拉应力，较大值（红黄色）大多出现在孔隙的上下孔壁。
这些出现科学技术与工程９卷第一主应力较大值的孔壁大致可以连成一条条的横向受拉带。
图１０为第三主应力图，表现为压应力，较大值（蓝绿色）出现在孔隙的左右孔壁。
PPS复合导热材料的研究与有限元模型分析
： Ｉ ：
构 以及 Ａ １Ｏ 填充 Ｐ Ｓ Ｐ 合金三相复合材料 双逾 渗结构 ，并将得到的理论导热率与实验结果 进行 对 比验证 ，分析 了填料 分布情况对材料热导率的影响。模拟结果表 明：只有当导热 填料 含量超过逾渗 阈值 ，其 导热性能才 能有 明显 的提 高 ，
Ａ１ ３，ａ ｄ ｔ ａ ｃ ｌｔｏ ｆ ｔ ｅ ｔ ｅ ｒｔｃ ｌ ｔｅ ｍａ ｏ ｕ ｔｖｔ ｏ ｆ ｃｅ ｎ ｈ ｅ ｔ ｒ ｓ ｌ ｒ ｏ Ｏ ２ ｎ ｈｅ ｃ ｌｕ ａｉｎ ｏ ｈ ｈ ｏ ｅｉ ａ ｈ ｒ ｌｃ ｎｄ ｃｉｉｙ ｃ ｅｆ ｉｎｔａ ｄ ｔ ｅ ｔ ｓ‘ｅ ｕ ｔ ｗｅ ｅ ｅ ｍ— ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ａ ｒｓｍｕ ａｅ ｈ ｅ ｃ ｌｔｏ ｔｕ ｔｒ ｆｐ ｌ ｐ ｅ ｙ ｅ ｅ ｓ ｌ ｄ ／ａｕ ｎ ｍ ｅ ｑ ｏ ｉｅ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｐ ｐｅ ｉ ｌｔｄ ｔｅ ｐ ｒ ｏ ａｉｎ ｓｒ ｃｕ ｅ ｏ ｏｙ ｈ ｎ ｌｎ ｕ ｆ ｅ ｌ ｍｉ ｕ ｓ ｓ ｕｉｘｄ ｉ
ｔ ｅｙ Ｔ ｅ Ｓ ｉ ｌ ． ｈ ＥＭ ｍａ ｅ ｈ ｗ ｄ ｔ ａ ｅｆ ｌｒｆｒ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔ ｉ ｒ ｕ ｉｎ ｎ ｔ ｅＰ Ｓ ａｌ ｙｗｈ ｃ ｅ ｕ ｔｄ ｉ ｖ ｉ ｇ ｓ ｓ ｏ ｅ ｈ ｔ ｈ ｌ ｍ ｄ ｄｆ ｒ ｎ ｓ ｉ ｔ ｓｉ Ｐ ｌ ｉｈ ｒｓ ｌ ｎ ｔ ｉ ｅ ｏ ｄ ｔｂ ｏ ｈ ｏ ｅ
（ Ｐ ／ １Ｏ３ ｉｈ ｓ ｃｍｐｓ ｅａｄｔｅｂ。ｅｃｌ ｉ ｔ ｃ ｒ ｆ ｈ ｉｈ ｓ ｏ ｏｉ ｆＰ Ｓａ ｏ ｎ Ｐ Ｓ Ａ ２ ）ｂｐ ａｅ ｏ ｏｉ ｎ ｉ ｒｏａ ｏ ｓ ｔ ｅｏ ｅｔｐ ａｅｃｍｐｓ ｅｏ Ｐ ｌ ｙａｄ ｔ ｈ ｐ ｔｎ ｒ ｕ ｕ ｔ ｒ ｔ ｌ
论泡沫金属复合相变材料制备及性能
论泡沫金属复合相变材料制备及性能一些相变材料在经过多次熔化/凝固循环后会发生相分离、过冷现象和相变点温度、体积变化等问题,这大大地限制了它们的使用。
因此,一种相变储能装置的成功应用主要取决于选用相变材料的热稳定性,通过相变材料反复的热循环试验查看其热物性变化确保该储能装置可以长期稳定运行[18]。
本文采用0～120℃低温相变温度区的单位体积相变焓最高的结晶水合盐——八水氢氧化钡（Ba(OH)2•8H2O）。
经过150次热循环试验分析其主要热力学参数的变化情况,并设计制备了三套八水氢氧化钡的相变潜热储能装置,通过实验测试分析了填充多孔金属泡沫对结晶水合盐性能的影响。
实验材料和方法1.实验材料八水氢氧化钡为分析纯（纯度≥98%）；一组泡沫铜的孔密度（poresperinch,PPI）为10,孔隙率为97.13%,另一组泡沫铜PPI为25,孔隙率为96.58%。
2.泡沫复合相变材料的制备应用泡沫铜为载体,Ba(OH)2•8H2O为相变材料,制备复合相变储能材料。
由于Ba(OH)2•8H2O在熔融状态下极易与空气中的二氧化碳发生反应,需要使用真空加热炉对八水氢氧化钡进行均匀加热,固态的Ba(OH)2•8H2O熔化为液态,完成Ba(OH)2•8H2O相变储能材料在氩气保护的条件下进行多孔材料吸附和填充。
为了避免相变储能装置在导热过程中出现不良影响,对泡沫铜与相变储能装置空腔采用微过盈配合。
并再次对装配泡沫铜的相变储能装置在真空充氩条件下均匀加热,二次填充熔融状态下的Ba(OH)2•8H2O,这样反复操作,尽可能提高Ba(OH)2•8H2O的填充量。
在填充相变材料过程中发现,由于泡沫铜的毛细力和表面张力的配合作用,熔融状态的相变材料一般不易渗出,从而克服了相变材料在制备工艺中液相流动问题。
3.八水氢氧化钡热循环实验相变材料经过反复多次熔化/凝固过程,为了确保相变储能系统具有较长的使用寿命,要求相变材料在反复吸热/放热循环之后其相变温度与相变潜热保持稳定。
金属泡沫圆管换热器性能的数值模拟与分析
金属泡沫圆管换热器性能的数值模拟与分析近年来，金属泡沫圆管换热器一直是能源利用技术领域的研究热点，因具有高热传导性、耐腐蚀、高强度和体积轻等优点，可大大提高热换的效率。
目前，关于金属泡沫换热器的研究主要集中在实验室实验和理论分析上，但是，在非稳态下，实验数据是有偏差的，而且这种试验会耗费大量的时间和金钱，而真正的换热器在实际应用中更加复杂。
因此，数值模拟和分析对于研究金属泡沫换热器性能十分重要。
在数值模拟中，建立一个计算模型，用以分析金属泡沫圆管换热器的性能，是本文的主要任务。
根据实验，换热器的性能主要涉及四个方面：热传导、流体流动、温度场和换热效率。
在模拟建模方面，采用基于Comsol Multiphysics的结构模型，对金属泡沫圆管换热器的热传导和流动特性进行模拟和分析，以获得金属泡沫圆管换热器的性能指标。
首先，在Comso Multiphysics中，根据实际情况建立金属泡沫圆管换热器的模型，并按照实际情况绘制结构图；其次，使用有限元方法，对换热器的热学性能进行模拟和分析，以获得一系列的性能参数，包括换热器的整体热传导系数、传热向量和换热效率等；最后，根据获得的模拟结果，建立温度场模型，并根据模拟结果分析金属泡沫圆管换热器的性能。
实验表明，随着金属泡沫圆管换热器的尺寸和结构参数的变化，换热器的性能也会发生变化，特别是换热效率会非常显著地变化。
从实验结果来看，在金属泡沫换热器的结构参数设计中，需要考虑孔隙尺寸、热流凝结比率和管径等参数，以获得最佳的换热效率。
综上所述，数值模拟和分析对研究金属泡沫圆管换热器的性能发挥着重要的作用，可以从多方面分析换热器结构和热特性。
另外，实验结果还表明，正确掌握金属泡沫换热器参数设计，可以提高换热效率。
本文的研究结果可以为类似研究领域提供参考，也为相关热换技术的改进提供理论依据。
总之，本文通过数值模拟和分析，分析了金属泡沫圆管换热器的性能，结果表明金属泡沫换热参数设计的合理性及其对换热效率的影响，为金属泡沫换热技术的进一步开发提供了理论依据。
泡沫金属相变材料凝固传热过程的数值分析
Ｎ ｕ ｅ ｉａ ｉ ｕｌ ｔｏｎ ｏ ａ ｒ ｎ ｆ ｒ ｏ ｈａ ｅ ｃ ｎ ｅ ｍ ｒｃ ｌｓｍ ａ ｉ ｎ ｈｅ ｔｔ ａ ｓ ｅ ｆｐ ｓ ｈａ ｇ ｉ ａ ｔ ｒ ｇｅ ｂ ｌ ｆｌｅ ｔ ｅ ａ ｏ ｍ ｎ ｈｅ ｔｓ ｏ ａ ａ ｌ ｉｌｄ ｗｉｈ ｍ ｔ ｌｆ ａ
摘 要 ： 用计 算 流 体 力 学软 件 Ｆ ＵＥ Ｔ 凝 固／ 化 模 型 ， 填 充 以 及 未 填 充 泡 沫 金 属 的 ２种 相 利 Ｌ Ｎ 熔 对 变 材 料 蓄 热 球 的 相 变传 热 过 程 进 行 数 值 模 拟 研 究 ， 到 了在 第 ｌ类 边 界 条 件 下 蓄 热 球 放 热 过 程 中 得
ｆｌｅ ｔ ｒｗ ｉｈｏ ｅ ａ ｏ ｍ ｒ ｉｌｄ ｗｉｈ ｏ ｔ ｕｔｍ ｔ ｌｆ ａ ａ ｅｎｕｍ ｅ ｉａ ｌ ｉ ｕａ ｅ ｒｃ ｌｙ ｓｍ ｌｔ ｄ． Ｔｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｉｌ ｄ ｃ ａｎ ｅ ｏ ｈａ ｅｉ ｅ ｆ ｃ ｒ ｂｔ ｉｅ ｎ ｒ ｍ ｅ ａ ｕ ｅ ｆｅｄ ａｎ ｈ ｇ ｆｐ ｓ ｎｔ ｒａ ｅａ ｅ ｏ ａｎ ｄ ｕ ｄｅ ｔ ｉｓ ｎｄ ｏ ｕｎ ｒ ｏｎ ｔｏｎ Ｔｈｅ ｒ ｓ ｔ ｉｄｉａ ｅ ｔ ａ ｈ ｏｍ ｐ ｅｅ ｓ ｉ ｆｃ ｔｏｎ ｔｍ ｅ ｆ ｔ ｅ ｂａｌｗ ｉｈ ｍ ｅ ａ ｏ ｍ ｓ ｈｅｆｒ ｔｋｉ ｆｂｏ ｄａ ｙ ｃ ｄｉｉ ． ｅ ｕｌｓ ｎ ｃ ｔ ｈ ｔ ｔ ｅ ｃ ｌｔ ｏｌ ｉａ ｉ ｉ ｏｒ ｈ ｌ ｄｉ ｔ ｔ ｌｆ ａ ｉ ｇｒ ａ ｌ ｈｏｒｅ ｈａ ｈａ ｉｈ ｐ ｒ ｆｉ ｌ ｅ ｔｙ ｓ ｔ ｒｔ ｎ ｔ ｔｗ ｔ ａ ａ ｆｎ ｏｎｙ，ｄｕ Ｏ ｔ ｏｌ ｆｃ ｔｏｎ ｒ ｔ ｎｈａ ｃ ｍ ｅ ｔｏ ａ ｔ ａ ｅ ｓ ｓ ｅ ． ｅ ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｉａ ｉ ａ ｅｅ ｄｉ ｎ ｅ ｎ ｆｈｅ ｔ ｓｏｒ ｇ ｙ ｔ ｍ
石蜡-泡沫铜复合相变蓄热材料热特性的研究
了轻微变化。 于 航 等
程文龙等
[
9]
[
10]
孔 结 构 的 孔 尺 度 法。Zhang 等
[
11]
以采用单温度热 平 衡 模 型,并 且 模 拟 证 实 了 自 然 对 流
由于相变蓄热材料在熔化过程中,同时存在导热与
建立了泡沫铝中固
验装置,研究复合相变蓄热材料在熔化过程中固液界面
液相变的三维数 学 模 型,对 孔 隙 率 由 下 至 上 线 性 变 化
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0.
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温度的最大相对误差为:
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0.
15)
+(
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=0.
15
2 模型及研究方法
(
1)
2.
1 构建泡沫金属模型
模拟重建了复 杂 的 泡 沫 金 属 几 何 模 型,将 泡 沫 金
属铜(图 3)简 化 以 球 体 为 中 心 的 十 四 面 体,模 型 采 用
言
相变蓄热材料利用潜热储能,具有能量密度 高,储
能/放能过程近似等温等优点,是太阳能储热系统研 究
的热点[1]。但是纯相变蓄热材料大多导热率低,限制了
其在工程上的应用,提高相变材料的导热率,强化其传
热能力,是研究的重点。目 前 常 用 的 方 法 有 翅 片 管[2],
相变材料微胶囊[3],添 加 金 属 环,膨 胀 石 墨[4]等 以 及 将
m-1 ·K-1 ) 起始点/K 终止点/K /(
J·kg-1 )/(
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１．１ 相 变 材 料 基 本 热 物 性 相变分析必须 考 虑 材 料 的 潜 在 热 量,即 材 料 在 相
变过程中所 吸 收 和 释 放 的 热 量,ANSYS 中 可 以 通 过 定义材料的热焓特性来考虑潜热.焓值可定义为
∫ H ＝ ρC(T)dT
近年来改善相变材料的导热性能成为国内外学者 研究 的 一 个 热 点 ,程 [８Ｇ１０] 文 龙 等 以 [１１] 泡 沫 铝—石 蜡 和 泡沫铜—石蜡为研 究 对 象,利 用 准 稳 态 方 法 建 立 了 复 合相变材料在凝 固 过 程 的 数 值 模 型,并 对 其 凝 固 过 程 的传热性能进行 了 理 论 分 析,最 终 提 出 一 种 平 衡 储 能 能力和传热 性 能 的 方 法. 赵 明 伟 将 [１２] 石 蜡 注 填 充 到 泡沫铝中,制备出 复 合 相 变 材 料,对 其 进 行 蓄、放 热 实 验 ,结 果 表 明 随 着 泡 沫 铝 骨 架 孔 隙 率 的 提 高 ,复 合 相 变 材料的蓄放热效 率 降 低,蓄 放 热 性 能 介 于 泡 沫 铝 和 石 蜡之间.黄欣 鹏 利 [１３] 用 双 温 度 模 型 分 析 了 纯 石 蜡 和
不同密度的泡沫 铝 复 合 材 料 的 传 热 特 性,通 过 相 似 理 论得出双温度模 型 的 理 论 解,并 以 显 热 容 发 数 值 模 拟 了相变传热的过 程,证 明 了 泡 沫 铝 的 使 用 较 大 的 改 善 了纯石蜡的导热系数.
由于实验室条件的局限性以及泡沫金属和相变材 料本身的缘故,使 得 有 些 导 热 系 数、对 流 换 热 系 数、潜 热 等 难 以 实 现 ,如 果 仅 仅 通 过 实 验 研 究 ,需 要 耗 费 大 量 的时间和人力物 力.ANSYS 是 一 种 很 好 的 相 变 分 析 软 件 ,可 以 模 拟 实 验 中 所 需 要 的 各 种 条 件 ,并 且 更 加 的 省 时 省 力 ,结 果 更 加 直 观 可 靠 .
随 温 度 变 化 ,再 分 别 对 泡 沫 金 属 复 合 相 变 材 料 和 未 含 泡 沫 金 属 的 相 变 材 料 进 行 相 变 传 热 过 程 的 有 限 元 仿 真 分 析 .
结 果 表 明 ,采 用 泡 沫 金 属 的 复 合 相 变 材 料 的 传 热 特 性 得 到 很 大 的 改 善 ,泡 沫 金 属 的 使 用 增 加 了 原 有 相 变 材 料 的 传
热速度,显著缩短了相变材料熔化和凝固的时间.ANSYS的便 捷 性 和 灵 活 的 操 作 性,对 研 究 较 复 杂 的 相 变 问 题
具有一定的参考意义.
关 键 词 : 泡 沫 金 属 ;相 变 材 料 ;传 热 特 性 ;有 限 元 仿 真
中 图 分 类 号 : TK１２４
文 献 标 识 码 :A
其中,H 为焓值,ρ 为密度,C(T)为随温度变化的 比热容.
在 ANSYS中,通过定义材料的 焓 值 属 性,即 可 通 过温度的不同来区分相.通过相变过程的分析可以得 到材料在各个时 刻 的 温 度 分 布,以 及 典 型 位 置 处 节 点
∗ 基金项目:国家自然科学基金 资 助 项 目 (６１５０３３９４);安 徽 省 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (１４０８０８５QF１３１,１５０８０８５QF１２１);脉 冲 功
DOI:１０．３９６９/ji．ssn．１００１Ｇ９７３１．２０１８．１１．０３３
０ 引 言
相变材料能够 存 储 能 量,可 利 用 其 相 变 过 程 达 到 近似等温和容 易 控 制 的 温 度,并 且 可 重 复 使 用. 相 变 材料较大的潜热 使 得 其 在 工 业 余 热 储 能、制 冷 技 术 中 的相变蓄冷、生 态 建 筑 室 内 温 度 调 节 以 及 能 源 领 域 的 相变储能上广泛应用.但是由于相变材料的热传导效 率 却 十 分 低 ,使 得 吸 热 和 放 热 的 时 间 很 长 ,因 此 影 响 了 相变储能材料的实际应用 . [１Ｇ３]
摘 要 : 以 泡 沫 金 属 材 料 作 为 骨 架 ,将 相 变 储 能 材 料 注 入 其 孔 隙 中 构 成 复 合 相 变 材 料 作 为 研 究 对 象 . 根 据 泡 沫
金属和相变材料的结构特点,利用 ANSYS软件建立模型,将相变材料的潜热定义到 材 料 的 焓 中,其 中 焓 的 数 值
开孔泡沫 金 属 是 一 种 近 年 来 研 制 的 新 型 功 能 材 料 ,具 有 较 大 比 表 面 积 、密 度 低 和 热 导 率 高 等 特 性 . 可 以将相变材料注 入 到 以 泡 沫 金 属 材 料 中,由 于 泡 沫 金 属 的 高 孔 隙 率 和 大 的 热 交 换 面 积 ,可 以 极 大 的 改 善 原 始 相 变 材 料 的 传 热 性 能 ,并 且 由 于 泡 沫 金 属 优 良 的 性 能 , 使 得 相 变 材 料 的 温 度 分 布 更 加 的 均 匀[４Ｇ６].Bhattcharya 等使用孔隙率为９４．６％的泡沫铝,将水注入 后,等 效 导 热系数从０．６ W/(m������K)增加到了５．４ W/(m������K),提 高了８倍[７].
本文主要通过分析泡沫金属和相变材料的特性, 利用 ANSYS建立 相 应 的 骨 架 模 型,利 用 相 变 材 料 的 焓值随温度变化 的 性 质,通 过 软 件 对 复 合 相 变 材 料 进 行 相 变 过 程 的 模 拟 ,得 出 其 温 度 随 时 间 的 变 化 和 分 布 , 并分析泡沫金属对相变过程的影响.
１１２００
文 章 编 号 :１００１Ｇ９７３１(２０１８)１１Ｇ１１２００Ｇ０５
２０１８ 年 第 １１ 期 (４９)卷
泡沫金属复合相变材料传热特性的有限元仿真分析∗
胡 杰１,２,路 远１,２,刘 志 伟１,２,杨 星１,２
(１．国防科技大学电子对抗学院,合肥 ２３００３７;２．脉冲功率激光技术国家重点实验室,合肥 ２３００３７)