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中国土木工程学会燃气分会会刊
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不同结构金属翅片对石蜡相变传热的影响

论文作者张明，陈宝明，常钊，王惠临杂志期数2022年1月刊
关键词复合相变材料；金属翅片；石蜡相变传热；数值模拟；熔化时间
作者单位（山东建筑大学热能工程学院，山东济南250101）
分别将两种金属翅片（翅片1、翅片2）加入纯相变材料（石蜡），制备复合相变材料1、复合相变材料2。容纳石蜡的方腔长×宽×高为20 mm×10 mm×20 mm，翅片1的长×宽×高为15 mm×10 mm×1 mm，翅片2是在翅片1的基础上增加6个直径为3 mm通孔，金属翅片设置在方腔内部，垂直于左壁面平行布置。石蜡的初始温度为298.15 K，相变开始之前石蜡为固态。方腔左壁面为加热面，温度恒定为338.15 K，其余各面为绝热面。采用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟方腔内石蜡的相变过程，分析加热过程中纯相变材料、复合相变材料的液相率分布、液相率随时间变化、速度场分布。纯相变材料内，在导热和对流换热的共同作用下，石蜡从左上角开始熔化直至右下角石蜡完全熔化。方腔内金属翅片的加入可改善熔化过程的均匀性，缩短了熔化时间。纯相变材料、复合相变材料1、复合相变材料2石蜡完全熔化时间分别为302、106、90 s，复合相变材料1、2比纯相变材料完全熔化时间缩短了约64%、70%，复合相变材料2比复合相变材料1完全熔化时间缩短了约15%。在石蜡熔化初期，主要以导热为主，复合相变材料1的液相率高于复合相变材料2，随着石蜡的熔化，自然对流作用逐渐显现，复合相变材料2的液相率逐渐高于复合相变材料1。纯相变材料熔化过程中，石蜡的流动主要集中在加热壁面和相变界面处，角化现象明显；复合相变材料1内，石蜡的流动靠近翅片的顶端以及上、下壁面靠近加热壁面处，呈局部流动；复合相变材料2内呈现环状流动趋势，比复合相变材料1内石蜡流动现象更加明显，自然对流换热效果更强。
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