自然对流作用下封闭在水平矩形腔体内的纯物质熔化过程：数值研究及其在热能存储中的应用

《Energies》：Melting Process of a Pure Material Confined Inside a Horizontal Rectangular Cavity in the Presence of Natural Convection: Numerical Investigation and Application to Thermal Energy Storage

　　

摘要

为研究封闭在水平矩形腔体中的纯相变材料熔化过程中的热传递现象，本研究建立了一个二维无量纲模型。该模型描述了在自然对流作用下的等温固液相变过程，其建立基于动量守恒定律和能量守恒定律。为避免直接追踪移动的固液界面，采用了焓-孔隙率方法，从而能够在固定网格的整个计算区域内求解控制方程。空间离散化采用有限体积法，同时基于SIMPLER算法编写了FORTRAN代码来模拟熔化过程。通过将与局部液相分数相关的孔隙率函数，抑制了固体区域内的流体运动。在模型验证之后，进行了参数分析，以研究插值方案、傅里叶数、相变材料的过冷度以及液相过热度对熔化动态和热能储存性能的影响。研究结果表明，这些参数会显著影响材料的熔化行为和储存性能。此外，还提出了一个用于预测镓熔化过程中无量纲液相体积的相关公式。