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中国土木工程学会燃气分会会刊
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含不同结构金属骨架石蜡相变传热数值模拟

论文作者常钊，陈宝明，王惠临，罗丹杂志期数2022年1月刊
关键词三维金属骨架；复合相变材料；石蜡液相率；自然对流传热
作者单位（山东建筑大学 热能工程学院，山东济南250101）
分别将2种三维金属骨架（面中心法金属骨架、圆柱交叉金属骨架）加入纯相变材料（石蜡）制备复合相变材料1、2。采用数值模拟方法，模拟相变传热过程，分析加热过程纯相变材料、复合相变材料的温度变化、液相率变化、速度场分布。容纳石蜡的方腔长×宽×高为5 cm×2 cm×5 cm，方腔左壁面为加热面，温度为65 ℃，其他壁面绝热。纯相变材料、复合相变材料的初始温度均为25 ℃。相同加热时间，复合相变材料的平均温度明显高于纯相变材料。对于纯相变材料，热量向方腔右侧壁面传递缓慢，加入金属骨架可加速热量向方腔右侧壁面传递。相同加热时间，复合相变材料的液相率明显高于纯相变材料。在加热初期，复合相变材料1液相率更高，添加面中心法金属骨架更有利于加速相变蓄热。纯相变材料内部传热由导热和自然对流传热共同作用形成。复合相变材料内部的传热也是由导热与自然对流传热共同作用形成。相同加热时间，复合相变材料1的液相区域要大于复合相变材料2，且相变更加均匀。对于纯相变材料，熔化过程中，石蜡的流动主要集中在加热面附近及左上角，角化现象明显。对于复合相变材料，在接近完全熔化及完全熔化状态，固态石蜡基本熔化完成，方腔内液态石蜡温度基本趋于一致，自然对流强度减弱，复合相变材料1、2内石蜡的流动并不明显。与复合相变材料2相比，复合相变材料1的速度场分布更加均匀。面中心法金属骨架的综合性能更优，适合作为相变材料的强化传热金属骨架。
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