崔 洁，郭治塘，王国峰，冷 杰，唱 千，潘宏刚，徐有宁

（1.沈阳工程学院a.能源与动力学院；b.研究生部；c.工程技术研究院，辽宁沈阳 110136；2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁沈阳 110006；3.阜新金山煤矸石热电有限公司运行部，辽宁阜新 123006）

1 物理及数学模型

1.1 物理模型

强化换热管结构如图1 所示。中间竖直放置的为换热管，翅片与换热管垂直相交，并且一体加工，材料为6061 铝合金，相邻两翅片间填充相变材料。单个圆柱形翅片半径r为45 mm，厚度为δ，两翅片的间距为D，相变材料选用固液相变材料月桂酸。流体自上而下流过中间的换热管，通过管壁和翅片与相变材料进行热量交换，相变材料吸收热流体的热量，由固态变为液态并储存大量热量；待冷流体流过换热管时，相变材料向其释放热量，状态由液态变为固态。初始时刻，相变材料全部为固相，左右端面为绝热边界，管壁为定温边界条件。储热单元的热物性参数如表1所示。

图1 强化换热管结构

表1 储热单元的热物性参数

1.2 数学模型

热量沿翅片的传热过程可以看作二维非稳态传热问题。假定液态相变材料的流动为非稳态、层流、不可压缩流动，并服从Fourier导热定律[10]，采用ANSYS软件的Solidification/Melting模型对工况进行数值模拟，取图1b 中虚线所围成的区域为传热基本单元，温度场的求解采用焓法[11]，则系统的控制方程如下：

式中，ρ为密度；H为焓值；τ为时间；k为传热系数；T为温度。

对于常物性材料，焓值与温度的关系式为

式中，Cp为定压比热容。

对于相变材料，焓值与温度的关系值为式中，Cps和Cpl分别为固相、液相定压比热容；……