带有肋片的相变蓄热器的研究情况
摘要：随着能源危机的加重，节能技术越发显得重要。蓄热技术作为缓解能源危机的一个重要手段,有着广泛的应用前景和现实意义。电厂中采用蓄热装置可以经济地解决高峰与低谷的负荷差异问题。如今，相变材料以其较大的蓄热密度而广泛应用于蓄热器当中。但是众所周知，相变材料的导热系数能较低，影响蓄热器的蓄热效率。目前大体上有两种方式来提高蓄热器的效率：一是采用复合相变材料，在相变材料中加入高导热的颗粒（例如石墨）大大提高了相变材料的导热系数：二是改进蓄热器的结构来提高蓄热器的效率，如加肋片。后者在提高蓄热器的效率上有越来越重要的应用。
关键字：相变蓄热器 肋片
近年来我国也对这种新型的蓄热器有很多的研究，主要的研究目的在于热流体的进口温度，流量对相变速度的影响，肋片的布置对蓄热效率的影响。研究方法有主要有两种，实验方法和通过Fluent软件数值模拟中的焓法。控制方程为连续性方程，动量方程和能量方程。
研究情况：
廖海蛟等[1] 采用计算流体动力学方法对高温不锈钢肋板式相变蓄热器的蓄/放热特性进行了数值模拟。分析了多孔肋片和锯齿肋片对蓄热器蓄/放热特性的影响以及载热体人口温度和流量对相变材料熔化和凝固速度的影响。结果发现：多孔肋片的强化传热特性明显优于锯齿肋片的强化传热特性，使用多孔肋片的高温相变蓄热器的蓄/放热性能明显强于使用锯齿肋片的蓄热器。
吕敏辉等[2] 采用萘作为蓄热材料,对其在新型铝制肋板式相变蓄热器中的储、放热过程即内部萘的熔化和凝固过程进行了试验研究。结果表明,新型肋板式相变蓄热器极好地发挥了换热元件的作用,热流体的入口温度与流量对储、放热速率有重要的影响。
H. Shabgard 等[3]研究了一种热管蓄热器。分别分析了两种储存配置；一种是把相变材料围绕在热流体流过的管道外，第二种是把相变材料包在管内，热流体走壳程。两种方式通过增加热管的数目都可以提高蓄放热速度。通过模拟两种方式的融化和凝固过程，结果发现在第二种方式时热管安置的方向对蓄热器的热性能有重要的影响，相反在第一种方式则没有。同时也发现有的情况下第二种方式使用较少数目的热管时会产生比第一种方式使用较多的热管时有更好的表现。 刘倩平等[4]设计了一种新型的带有内肋片的蓄热器，采用数值模拟的方法，通过研究多种蓄热工况，发现：肋片的间距越小，相变材料融点和进口温度的差值越大，热媒体的流速越大，融化所需要的时间会越少；随着融化的进行，热媒体和相变材料之间的热阻会逐渐增大造成壁面上的热流密度会逐渐减少。
F. Tardya等[5] 开发了一个数学模拟，来测验蓄热器在制冷循环中的热性能。进行了在不同进口条件下的一系列的蓄热器的实验。得出进口条件对蓄热器热力性能的影响。
廖海蛟等[6] 通过改变蓄热器的摆放方向和倾斜角度测定蓄热器完成蓄热、放热时间的方法,研究了自然对流对蓄热器性能的影响。试验结果表明:①随着倾斜角度的增加,自然对流对蓄热器蓄、放热速率的影响逐渐增加,使得蓄热器的蓄、放热时间逐渐缩短。②相同的倾斜角度下,不同的摆放方式对蓄热器性能的影响不同。
詹福才[7]等运用熵最小化原理对空冷器正三角形排列换热管的环肋进行了优化,分析了迎面风速、管束宽度、换热管长度、管排数、翅片高度、翅片厚度、翅片密度以及管间距对其换热性能和电机功率消耗的影响。结果表明,低迎面风速、高薄翅片、高翅片密度、多管排数和较小的管间距造成的不可逆损失较小。这一分析结果也适用于其它类型翅片的优化设计。
Hamid Ait Adine [8]等采用了一种管壳式的蓄热器，加入两种蓄热材料P116和18烷，经过模拟以及实验的方法得出，这种方式在热流体进口条件的低流速和低入口温度时蓄热器有较好的蓄热效果，但是对于装有两种或一种相变材料时的蓄热器的最高效率是相同的。
总结：
相变蓄热技术在近几十年来有了迅速的发展，在美国日本的技术相对先进，国内研究起步较晚，相比发达国家无论技术还是应用都有差距。通过一些文献的总结可以看出目前相变蓄热器的研究体现在热流体的进口条件对蓄热性能的影响；以及通过加肋片来弥补相变材料的热力性能差的缺点，来提高蓄热器效率；还有对不同相变材料的研究，实验证明复合相变材料有更好的蓄热效果。 参考文献
[1] 廖海蛟，凌样 . 高温肋板式蓄热器蓄/放热特性的数值模拟. 太阳能学报. 2010年3月
[2] 吕敏辉,凌 祥. 肋板式相变蓄热器蓄热性能的试验研究 . 流体机械. 2009
[3] H. Shabgard, T.L. Bergman *, N. Sharifi, A. Faghri. High temperature latent
heat thermal energy storage using heat pipes. International Journal of Heat and Mass Transfer 53 (2010) 2979–2988
[4] 刘倩平1，丁京伟2，齐承英1，杨历1. 带有内肋片相变蓄能换热器的数值 分析. 河北工业大学学报. 2009
[5] F. Tardya and Samuel M. Sami, a, Thermal analysis of heat pipes during thermal storage. 2008
[6] 廖海蛟,吕兰尚,杨春宇,窦世山 . 新型肋板式相变蓄热器蓄热和放热性能 试验研究 . 石油化工设备 2011
[7] 詹福才,王立新,荣丁石,张志荣. 空冷器环肋的熵最小化原理分析. 石油化 工设备 2011
[8] Hamid Ait Adine, Hamid El Qarnia. Numerical analysis of the thermal behaviour of a shell-and-tube heat storage unit using phase change materials. Applied Mathematical Modelling 33 (2009) 2132–2144
带有肋片的相变蓄热器的研究情况
摘要：随着能源危机的加重，节能技术越发显得重要。蓄热技术作为缓解能源危机的一个重要手段,有着广泛的应用前景和现实意义。电厂中采用蓄热装置可以经济地解决高峰与低谷的负荷差异问题。如今，相变材料以其较大的蓄热密度而广泛应用于蓄热器当中。但是众所周知，相变材料的导热系数能较低，影响蓄热器的蓄热效率。目前大体上有两种方式来提高蓄热器的效率：一是采用复合相变材料，在相变材料中加入高导热的颗粒（例如石墨）大大提高了相变材料的导热系数：二是改进蓄热器的结构来提高蓄热器的效率，如加肋片。后者在提高蓄热器的效率上有越来越重要的应用。
关键字：相变蓄热器 肋片
近年来我国也对这种新型的蓄热器有很多的研究，主要的研究目的在于热流体的进口温度，流量对相变速度的影响，肋片的布置对蓄热效率的影响。研究方法有主要有两种，实验方法和通过Fluent软件数值模拟中的焓法。控制方程为连续性方程，动量方程和能量方程。
研究情况：
廖海蛟等[1] 采用计算流体动力学方法对高温不锈钢肋板式相变蓄热器的蓄/放热特性进行了数值模拟。分析了多孔肋片和锯齿肋片对蓄热器蓄/放热特性的影响以及载热体人口温度和流量对相变材料熔化和凝固速度的影响。结果发现：多孔肋片的强化传热特性明显优于锯齿肋片的强化传热特性，使用多孔肋片的高温相变蓄热器的蓄/放热性能明显强于使用锯齿肋片的蓄热器。
吕敏辉等[2] 采用萘作为蓄热材料,对其在新型铝制肋板式相变蓄热器中的储、放热过程即内部萘的熔化和凝固过程进行了试验研究。结果表明,新型肋板式相变蓄热器极好地发挥了换热元件的作用,热流体的入口温度与流量对储、放热速率有重要的影响。
H. Shabgard 等[3]研究了一种热管蓄热器。分别分析了两种储存配置；一种是把相变材料围绕在热流体流过的管道外，第二种是把相变材料包在管内，热流体走壳程。两种方式通过增加热管的数目都可以提高蓄放热速度。通过模拟两种方式的融化和凝固过程，结果发现在第二种方式时热管安置的方向对蓄热器的热性能有重要的影响，相反在第一种方式则没有。同时也发现有的情况下第二种方式使用较少数目的热管时会产生比第一种方式使用较多的热管时有更好的表现。 刘倩平等[4]设计了一种新型的带有内肋片的蓄热器，采用数值模拟的方法，通过研究多种蓄热工况，发现：肋片的间距越小，相变材料融点和进口温度的差值越大，热媒体的流速越大，融化所需要的时间会越少；随着融化的进行，热媒体和相变材料之间的热阻会逐渐增大造成壁面上的热流密度会逐渐减少。
F. Tardya等[5] 开发了一个数学模拟，来测验蓄热器在制冷循环中的热性能。进行了在不同进口条件下的一系列的蓄热器的实验。得出进口条件对蓄热器热力性能的影响。
廖海蛟等[6] 通过改变蓄热器的摆放方向和倾斜角度测定蓄热器完成蓄热、放热时间的方法,研究了自然对流对蓄热器性能的影响。试验结果表明:①随着倾斜角度的增加,自然对流对蓄热器蓄、放热速率的影响逐渐增加,使得蓄热器的蓄、放热时间逐渐缩短。②相同的倾斜角度下,不同的摆放方式对蓄热器性能的影响不同。
詹福才[7]等运用熵最小化原理对空冷器正三角形排列换热管的环肋进行了优化,分析了迎面风速、管束宽度、换热管长度、管排数、翅片高度、翅片厚度、翅片密度以及管间距对其换热性能和电机功率消耗的影响。结果表明,低迎面风速、高薄翅片、高翅片密度、多管排数和较小的管间距造成的不可逆损失较小。这一分析结果也适用于其它类型翅片的优化设计。
Hamid Ait Adine [8]等采用了一种管壳式的蓄热器，加入两种蓄热材料P116和18烷，经过模拟以及实验的方法得出，这种方式在热流体进口条件的低流速和低入口温度时蓄热器有较好的蓄热效果，但是对于装有两种或一种相变材料时的蓄热器的最高效率是相同的。
总结：
相变蓄热技术在近几十年来有了迅速的发展，在美国日本的技术相对先进，国内研究起步较晚，相比发达国家无论技术还是应用都有差距。通过一些文献的总结可以看出目前相变蓄热器的研究体现在热流体的进口条件对蓄热性能的影响；以及通过加肋片来弥补相变材料的热力性能差的缺点，来提高蓄热器效率；还有对不同相变材料的研究，实验证明复合相变材料有更好的蓄热效果。 参考文献
[1] 廖海蛟，凌样 . 高温肋板式蓄热器蓄/放热特性的数值模拟. 太阳能学报. 2010年3月
[2] 吕敏辉,凌 祥. 肋板式相变蓄热器蓄热性能的试验研究 . 流体机械. 2009
[3] H. Shabgard, T.L. Bergman *, N. Sharifi, A. Faghri. High temperature latent
heat thermal energy storage using heat pipes. International Journal of Heat and Mass Transfer 53 (2010) 2979–2988
[4] 刘倩平1，丁京伟2，齐承英1，杨历1. 带有内肋片相变蓄能换热器的数值 分析. 河北工业大学学报. 2009
[5] F. Tardya and Samuel M. Sami, a, Thermal analysis of heat pipes during thermal storage. 2008
[6] 廖海蛟,吕兰尚,杨春宇,窦世山 . 新型肋板式相变蓄热器蓄热和放热性能 试验研究 . 石油化工设备 2011
[7] 詹福才,王立新,荣丁石,张志荣. 空冷器环肋的熵最小化原理分析. 石油化 工设备 2011
[8] Hamid Ait Adine, Hamid El Qarnia. Numerical analysis of the thermal behaviour of a shell-and-tube heat storage unit using phase change materials. Applied Mathematical Modelling 33 (2009) 2132–2144