生活水箱内封装相变材料超声波强化传热研究

• 作者: 庹晓糠 严中俊 王姜 李水生 俞准 张国强
• 来源期刊: 中南大学学报（自然科学版）
• 关键词: 相变材料 生活水箱 超声波 频率 强化传热
• 年，卷（期）: 2021,（5）
• 所属期刊栏目: 能源工程? 交通运输工程|Energy Engineering, Traffic and Transportation Engineering
• 页码范围: 1673-1680
• 页数: 8页
• 分类号: TU83
• 语种: 中文
• DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2021.05.028

摘要

现有生活水箱中封装相变材料强化换热方法主要包括添加翅片或石墨等,这些方法会导致封装结构蓄能密度降低,且石墨等高导热剂会在蓄能过程中发生沉降等,为此,提出将超声波技术应用于生活水箱中封装相变材料,在不降低封装结构蓄能密度的同时,利用超声波在液态介质中会发生空化和声流效应的特性实现相变材料熔化过程的强化换热,并以当前应用最广泛的圆柱型结构封装相变材料为例,通过可视化实验分析其在不同热水温度和不同频率超声波下的强化传热性能.研究结果表明:超声波的应用可显著加快相变材料的熔化,且随着加热时间推移,超声波的强化作用更加明显;当加热温度为60℃时,与无超声波作用相比,28 kHz超声波作用下相变材料液相体积分数的强化效率可由10 min时的12.7％提升至95 min时的40.8％;就超声波频率而言,受空化作用发生频率和声压衰减作用的影响,单纯增加超声波频率并不会持续增加相变材料的熔化性能;当超声波频率从20 kHz增大为28 kHz和40 kHz时,相变材料完全熔化时间先减少再增大;热水温度升高会使液相相变材料温度升高和空化阈值降低,从而增强超声波的空化作用;当热水温度为55,58和60℃时,与无超声波作用相比,28 kHz超声波作用下相变材料完全熔化时熔化速率的强化效率分别为42％,44％和48％.