高温相变蓄热过程热-结构耦合及空穴抑制的机理研究

高温相变蓄热对高效合理利用现有能源、降低能耗、提高能源效率具有重要意义，可应用于太阳能发电、高温热能回收、航天器热控等领域。本课题探索高温相变蓄热过程热-结构耦合及空穴抑制的机理，研究空穴的形成、发展和分布，在同时考虑空穴和自然对流的情况下,建立相变瞬态热分析模型及热-结构耦合应力有限元分析模型，分析空穴和自然对流对相变传热过程的影响，分析由热-结构耦合产生的应力及应变。由于空穴的热阻很大，阻挡了相变的进程，在蓄热容器内空穴相对集中附近容易出现"热斑"或"热松脱"，在高温热载荷和空穴的热-结构耦合作用下会产生较大应力及蠕变，从而降低高温相变蓄热容器的使用寿命，甚至导致容器的破坏。通过建立高温相变蓄热实验装置，验证热分析和应力有限元分析结果并修正完善分析模型，研究高温相变材料容器及高温复合相变材料容器的热力学性能，寻求抑制空穴的有效技术途径，为高温相变蓄热在能源动力系统上的应用提供科学依据。

构建了空间微重力条件下高温相变蓄热容器内伴随有空穴的物理、数学模型和计算方法，数值求解了微重力条件下复杂相变传热问题，在计算过程中考虑了空穴传热包括辐射所带来的较大影响，空穴率对蓄热容器内部温度梯度及PCM利用率的影响，反映了PCM相变时熔化率变化以及日照期和阴影期固、液相分数和温度场分布，较好地模拟了微重力条件下高温相变蓄热容器蓄/放热过程。.考虑重力作用的特点，建立了重力条件下的高温相变蓄热容器物理和数学模型，在同时考虑空穴和自然对流的情况下，对重力条件下高温蓄热单元相变传热进行了模拟计算，并将数值计算结果同日本国家航空实验室的实验结果进行了比较，为地面高温固液相变蓄热实验提供了有力的分析依据。.建立了高温蓄热容器热-结构耦合有限元分析模型，在同时考虑空穴和自然对流的情况下，对其在设计工况下运行后的热应力进行了有限元分析，分析了蓄热容器内部的热应力和形变，验证了相变蓄热容器所选材料的可靠性。.以第一作者发表SCI论文4篇（国际期刊；以第一发明人获授权发明专利2项。