相变储能拓扑翅片的性能研究

为强化翅片管式储能系统的传热速率和相变材料域的温度均匀性,基于带惩罚的固体各向同性材料方法,以两种分形结构和对应翅片体积分数为参数,采用月桂酸为相变材料,进行了拓扑优化设计,并对比研究了拓扑优化的强化导热效果和温度均匀性。研究表明:壁面温度20℃时,拓扑优化有更好的导热效果,比分形优化分别减少21.18%和12.68%的总凝固时间,相变材料温度最高降低了7.33℃和4.30℃,平均降低了0.98℃和3.85℃;拓扑优化也具备更好的温度均匀性,相变材料平均方差分别为对应分形的33.38%和72.13%;壁温偏离拓扑的设计参数时,其热性能也基本未发生改变。以上结果传导为翅片设计提供了一定参考。