整体旋转式三角形管相变蓄热器性能及场协同分析

应用数值模拟的方法对旋转式三角形管相变蓄热器蓄热性能进行研究，并进行了相变区域的场协同分析。研究结果表明，和非旋转模型相比，旋转模型可显著提升相变蓄热器蓄热效果，缩短蓄热时间，蓄热效率总体可提高80%左右。但转速并非愈高愈好，从节能和场协同性角度综合考虑，不宜过高提升转速，本文计算参数下3 rad/s为最佳转速。

相变储热技术利用相变材料(Phase change material, PCM)的特性来存储/释放热量， 具有设备设计简单， 储热密度高，储热温度相对恒定等优点。但是由于相变材料的热导率低，为了减小换热器尺寸，必须引入相变蓄热器的优化技术。目前开展的许多相关的研究工作，主要可以分为以下两个方面：1) 针对相变材料进行优化，如加入石墨等制成复合相变材料以提高热导率；2) 针对相变蓄热器的结构进行优化，如加装肋片或采用多种熔化温度的相变材料进行分腔填充等。

在传热领域，换热器管壁形状对换热效率和换热机理的影响已有少量的研究者进行了报导。如吴孟丽等[1]提出一种新型双螺旋梯形槽管的异型管设计，以满足对高黏度除冰液的快速加热需求。王伟洁等[2]模拟计算了5 种换热管管型(圆管、扁管、椭圆管、滴形管和蛋形管)的降膜蒸发器的管外液膜厚度， 发现蛋形管成膜效果最好。王腾[3]研究了类梯形管在相同断面周长下的最佳长宽比。闫登强等[4]研究了热管换热器中三角形、方形、圆形及混排组合的换热性能， 发现三角形热管的综合传热系数最高。

Shahsavar等[5]从能量效率和(火用)效率的角度，对三种截面为圆形、三角形和矩形的蛇形管对光伏/热(pv/t)单元特性的影响进行了实验评估，并与传统光伏系统进行了比较。但在相变蓄热器的蓄热强化领域，异型管的应用还少见报导。Rabienataj Darzi 等[6] [7] [8]采用数值模拟的方法分别研究了相变材料在水平环形结构中、两椭圆柱之间、倾斜的椭圆环的熔化和凝固过程。

二十一世纪伊始，过增元等[9]从能量方程的角度出发，重新审视了热量输运的物理机制，将对流换热等效为有内热源的导热，认为对流换热的强度不仅取决于流体的物性，同样取决于温度场与速度场的协同性。减小流体温度梯度矢量与速度矢量之间的夹角可以更为有效的强化换热，这一原理被称之为场协同理论。如孟继安等[10]在场协同原理的指导下设计了多纵向涡传热强化技术的换热器，换热强化好， 阻力小。

何雅玲等[11]的数值计算结果证明了在交变流动下的换热， 场协同理论具有指导强化换热的意义。

Chen 等[12]通过研究两个平行板之间的多孔介质中的强制对流换热，最大的场协同角对应于对流阻力最高的位置。Zhai 等[13]研究了三种微通道的热传递协同性和熵产，发现扇形腔微通道的协同性更好。