翅片排布方式对矩形腔相变材料熔化的影响

以填充石蜡的矩形腔(分为无翅片矩形腔、带翅片矩形腔)为研究对象,建立数学模型。采用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟矩形腔内石蜡的熔化行为,分析不同翅片排布方式对石蜡熔化行为的影响,筛选有利于增强石蜡熔化的翅片排布方式。矩形腔右侧壁面为受热面,其他3个面为绝热面,带翅片矩形腔的翅片设置在受热面内侧。在翅片数量(3个翅片)、间隔不变的前提下,保持矩形腔内翅片总长度不变,设置4种翅片排布方式。排布方式1:每个翅片长度均为32 mm。排布方式2:自下而上的翅片长度分别为41、32、23 mm。排布方式3:自下而上的翅片长度分别为23、32、41 mm。排布方式4:自下而上的翅片长度分别为29、38、29 mm。对于无翅片矩形腔,在自然对流传热作用下,右上角的石蜡最先熔化,然后熔化部分向矩形腔中心扩散,直至矩形腔左下角石蜡完全熔化。矩形腔增加翅片可有效改善石蜡熔化的均匀性,缩短了矩形腔内石蜡的熔化时间。排布方式2对改善矩形腔内石蜡熔化均匀性的效果最理想,石蜡完全熔化的时间最短。相同受热时间下,带翅片矩形腔内石蜡的液相面积比(液相石蜡面积与矩形面积之比)明显高于无翅片矩形腔。无翅片矩形腔内石蜡完全熔化的受热时间为3 522 s,带翅片矩形腔翅片排布方式1~4的石蜡完全熔化的受热时间分别为1 874、1 674、2 082、1 910 s。将等长翅片的排布方式1作为基准,评价其他3种翅片排布方式对矩形腔内石蜡熔化的增强作用。翅片排布方式2对矩形腔内石蜡熔化的增强作用明显,增强作用集中在熔化过程的中后期。排布方式3、4起到了相反作用。