高效潜热储能新策略：波状互联翅片与双模式运行的系统创新设计

本综述系统阐述了潜热储能（LHTES）系统通过波状互联翅片结构与双模式（dual-mode）运行协同提升相变材料（PCM）热传导性能的创新机制。研究突破传统LHTES因PCM低导热率（0.1–1.0 W/m·K）导致的效率瓶颈，实现熔化时间减少86%、凝固时间缩短96%，为可再生能源整合与动态建筑热管理提供高效解决方案。

　　

Section snippets

Problem statement and system description

本研究推出一种采用新型波状互联翅片结构与双模式（dual-mode）运行能力的LHTES系统，显著提升充放电性能。该系统采用圆柱形壳管配置（图1），包含四个关键组件。数值模拟采用的物理域如图1所示：圆柱形LHTES系统外径86毫米、壁厚3毫米，配备两根外径20毫米、壁厚2毫米的热传输流体（HTF）管道...

Mathematical formulation

采用计算流体动力学（CFD）模拟分析波状互联翅片LHTES系统的性能，模型基于以下假设：PCM为牛顿流体，液态PCM不可压缩，采用布辛涅斯克近似（Boussinesq approximation）处理浮力效应，并忽略相变过程中的体积变化。基于这些假设，PCM系统内的物理现象通过以下控制方程建模：

Effect of the pipe positioning

本节深入分析热传输管道与外壳间距对LHTES系统充电模式热性能的影响。图5展示了不同管道间距（2毫米、5毫米、10毫米和15毫米）在不同熔化时间（1200秒、2400秒和3600秒）下的液相分数云图。结果表明...

Conclusions

本研究推出了一种新型LHTES系统设计，采用波状互联翅片和双模式运行能力，以解决传统LHTES系统的关键局限。通过全面数值模拟，系统研究了包括翅片厚度、数量和管壳间距在内的多种设计参数的影响。结果证明这种集成设计方法具有显著优势。

翅片数量从1增加到6使储热速率提升81%（从358.9瓦增至649.2瓦），同时与无翅片案例相比，优化翅片厚度和布局使熔化时间减少86%、凝固时间缩短96%。双模式运行展现出良好的热分层现象，熔化区与凝固区之间的温差高达47°C。