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摘要
针对常规矩形管壳式相变蓄热系统中相变材料热响应较慢的问题，实现蓄热系统高效储热结构优化具有重要意义。本工作采用数值模拟对基准管壳式相变储热单元和优化结构单元中相变材料带自然对流的熔化过程进行研究，并进行实验验证。根据不同的增强自然对流技术如楔形化、内流管偏心及倾斜罐体，讨论温度场、储热量、Fo数、平均Nu数及相界面的演化过程，分析不同增强自然对流方式内相变材料的动态热行为，得出改善储热系统传热效率的优化解。研究结果表明：楔形相变储热单元外壳形状可增强自然对流作用，提高储热单元的传热性能。当楔形比X=5时，与基准矩形结构中的相变材料熔化时间相比，其完全熔化时间缩短了28%；偏心距对竖直放置蓄热系统内相变材料的储热量影响不大，但是延长了完全熔化时间，对熔化效率起到反作用；楔形罐体倾斜75°时，在熔化前期自然对流换热效果达到最大值，蓄热效率也随之增长到最大，与垂直放置相比提升了29%。研究结果对节能减排以及双碳目标的实现具有一定的借鉴意义。
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