相变蓄热球体堆积床传热模型及热性能分析
简介： 为提高普适性和预测性，建立了相变蓄热球体堆积床热性能的传热模型，可以对系统多种热性能参数进行计算分析。经验证明模型结果与实验结果较吻合。表明该模型对相变蓄热球体堆积床的结构设计、性能模拟及运行管理可提供理论指导。关键字：蓄热 相变材料 传热 球体堆积床
近年来，随着人们节能和环保意识的不断增强，相变贮能系统应用日益广泛，在利用、区域供热和供冷（DHC）、建筑节能系统、蓄冷空调系统和一些余热回收系统中已经获得应用或正在引起研究者的关注［1，2］。
相变蓄热球体堆积床是相变贮能系统的一种常用结构形式，它具有单位体积的传热面积大、结构简单等优点。国内外学者对其储、传热特性进行了大量研究［3～8］，但令人不能完全满意的是一些方法过于简化［5，6］，难以全面反映系统热性能特征，一些方法仅对冰蓄冷情况进行了分析，有些参数需依靠实验确定，普适性和预测性不强。鉴于此，提出相变蓄热球体堆积床的`传热模型，力求具有较宽的适用面（不局限于某一种工质和工况），较全面地反映系统的储、传热性能。文中模型既能模拟计算相变传热速率、流体出口温度、蓄热量等易测参数，也可求解沿轴向的相变界面及流体温度分布、系统的有效传热系数、有效传热面积、相变材料发生相变的比例等难测参数随时间的变化规律。模型计算结果与文献［8］实验结果较吻合。作为算例，利用文中模型对该实验台其它热性能参数进行了模拟分析。该模型对相变蓄热球体堆积床的结构优化设计和性能模拟分析有一定帮助。
1 传热模型
相变蓄热球体堆积床的结构如图1(a) 所示。
(a) 相变球体堆积床示意图 b) 单元相变球体结构参数
图1 相变蓄热球体堆积床结构图
为了突出问题本质并使问题合理简化，作如下假设：
1) 相变传热过程的斯蒂芬数Ste
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