翅片螺旋管与机械搅拌器协同强化的潜热储热装置充电特性实验研究

本文设计了一种集成翅片螺旋管与机械搅拌器的潜热储热（LHTES）装置，采用正二十烷（PCM）和乙二醇/水混合液（HTF），研究不同搅拌策略（DS/NDS）下转速、入口温度与流量对储热性能的影响。结果表明，NDS策略在多数条件下显著提升储热能力（最高26.4%）与平均功率（37.7–90.7%），为航空电子热管理提供了创新解决方案。

　　

Nomenclature（术语表）

c_p – 定压比热容 [J/kg·K]

E– 储热容量 [J]

n– 转速 [RPM]

p– 压力 [Pa]

Q– 储热功率 [W]

Q_ave – 平均储热功率 [W]

Ste– 斯蒂芬数（Stefan number）

T_i – 第i个热阻的温度 [°C]

T_in – 传热流体（HTF）入口温度 [°C]

T_out – 传热流体（HTF）出口温度 [°C]

T_PCM – 相变材料（PCM）温度 [°C]

t– 加热时间 [s]

t_sat – 搅拌启动时间 [s]

V– 流量 [m3/s]

ΔH– 比潜热容量 [J/kg]

ΔT– 温差 [°C]

Material（材料）

根据机载航空电子设备的温控需求，本研究选用正二十烷（n-eicosane）作为潜热储热（LHTES）装置的相变材料（PCM）。正二十烷的熔点范围为36.4–37.9°C，潜热高达251.7 kJ/kg，其详细热物性如表1所示。考虑到机载液冷系统必须在低于0°C的环境中正常运行，我们选择乙二醇/水混合液（体积比65/35）作为传热流体（HTF）。

LHTES device（潜热储热装置）

图1(a)展示了该装置的实体结构……

Characteristics of the LHTES device under DS strategy（延迟启动策略下的装置特性）

在延迟启动（DS）策略中，搅拌的开始时间（t_sat）设定为1860秒。

Conclusions（结论）

• •
  （1）我们设计并开发了一种集成翅片螺旋管与机械搅拌器的LHTES装置，使用正二十烷（n-eicosane）作为PCM，乙二醇/水混合液（体积比65/35）作为HTF。实验采用两种搅拌策略：在DS策略中，搅拌仅当液态PCM完全淹没桨叶时启动，在HTF入口温度（T_in）为50°C、55°C和60°C时，启动时间分别为3660秒、2460秒和1860秒，总充电时间为60–5400秒；