空穴问题是由于PCM固液相密度差产生的,空穴对蓄热容器传热的恶化在高温应用中尤为突出,国内外对这类问题的研究很重视,我们针对高温相变出现的空穴问题进行了深入研究。基于体积平均方法,建立多孔介质骨架和PCM间局部非热平衡的双能量方程模型,采用泡沫多孔结构立体骨架式分布模型,推导出考虑传热过程中空隙间PCM发生密度变化引起的空穴体积变化影响的导热模型,并利用"热电等效回路原理"计算该模型单元的有效导热系数,其中动量方程中考虑了Brinkman-Forchiemer修正的Darcy模型,采用焓法模型处理PCM的相变潜热,用SIMPLER算法求解流场。采用Fluent软件建立了泡沫镍高温复合相变材料蓄热单元体的三维模型,进行了泡沫铜/石蜡,泡沫镍/石蜡和泡沫镍/熔盐复合相变材料的实验对比研究,通过实验和数值结果对比分析,验证了其数学模型的有效性和合理性。通过改变实验和数值仿真的参数,表明多孔泡沫材料与相变材料复合成的泡沫复合相变材料,不仅强化了PCM导热性能,而且有效限制了空穴的集中分布产生的恶化PCM传热影响,改善了蓄热装置的热性能,使高温相变蓄热获得更广泛的实际应用具有重要意义。
英文主题词Latent heat thermal storage; Phase change material; Porous foam media; Void distribution; Numerical simulation