基于Kriging代理模型的相变储热系统换热特性分析

发布时间：2025-05-28 04:38

　　近年来,热能储存(TES)在高效热能利用方面取得了重大进展,在工程实践中的应用范围十分广泛,解决了能源供需矛盾。随着可再生能源在热能系统中地位的不断提升,TES技术的重要性也在急剧增加。在目前的蓄热方式中,潜热储能技术由于具有节约能效和能量密度高的显著优势,引起了研究人员的极大关注。与显热储能系统相比,潜热储能系统具有更小的重量和体积,使得其在工程实践应用中的成本相对较低,但几乎所有纯相变材料都存在着导热系数较低的缺点。因此,提高相变储热材料的导热系数和相变储热系统的换热效率是相变储热应用的主要问题之一。在可再生能源利用领域,潜热式储热系统由于成本较低和温度可控的优势已经成为未来蓄热技术研究的重点方向。因此,对相变材料性能提升及潜热蓄热单元的优化设计具有重大的研究价值。本文基于Kriging代理模型方法,研究了相变储热模型的结构设计对系统热性能的影响。首先介绍了Kriging代理模型的数学原理以及留一法交叉验证方法,以此作为该数学方法与储热模型相结合的方案可行性与计算准确性的依据。本文从储热系统内环绕换热管道的环形肋片结构出发,在肋片上设计多个圆柱形孔用来提升对流换热效果。首先对其内部柱...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景和研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 复合相变材料导热系数增强
        1.2.2 蓄热单元结构优化设计
    1.3 主要研究内容
第2章 相变储热系统换热的数值计算方法
    2.1 石蜡融化模型
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 模型计算软件介绍
    2.2 Kriging代理模型
        2.2.1 Kriging插值方法介绍
        2.2.2 Kriging插值方法验证
    2.3 正交试验设计
        2.3.1 正交试验设计方法介绍
        2.3.2 模型柱状孔结构参数优化的正交试验设计
        2.3.3 模型凸台结构参数优化的正交试验设计
    2.4 本章小结
第3章 柱状孔结构参数优化分析与确定
    3.1 储热系统物理模型
        3.1.1 结构设计
        3.1.2 网格划分
    3.2 数值仿真计算
        3.2.1 数值计算方法
        3.2.2 模型正确性验证
    3.3 模型误差计算分析
    3.4 储热系统优化结果及性能分析
        3.4.1 模型融化规律对比分析
        3.4.2 内置柱状孔数量对储热性能的影响
        3.4.3 内置柱状孔位置对储热性能的影响
        3.4.4 液相云图分析对比
        3.4.5 速度云图分析对比
        3.4.6 漩涡结构分析对比
    3.5 本章小结
第4章 储热模型参数优化研究
    4.1 储热系统物理模型
        4.1.1 结构设计
        4.1.2 网格划分
    4.2 模型误差计算及准确性验证
        4.2.1 留一法误差计算
        4.2.2 Kriging代理模型准确性验证
    4.3 储热系统参数优化分析
        4.3.1 模型融化规律对比分析
        4.3.2 凸台结构数量对储热性能的影响
        4.3.3 速度云图对比分析
        4.3.4 温度云图对比分析
    4.4 工况对系统性能影响分析
        4.4.1 换热管道入口流速影响
        4.4.2 换热管道入口温度影响
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：4048089