管壳式水合盐化学储热反应器内传热结构拓扑优化

摘要

为了克服水合盐热化学储热材料传热能力差的缺点，建立了管壳式水合盐反应器内传热-流动-反应耦合的多物理场模型。首先，通过拓扑优化的方法设计出适用于热化学储热反应器的高性能肋片结构，并分析了肋片体积的影响，确定了合适的高导热材料体积占比为15%。然后，将拓扑优化结构与安装有传统直肋、以及未安装肋片的反应器进行对比，分析了反应器的多项参数对储热效果的影响。研究结果表明：在储热过程中，相较于不安装肋片和安装具有相同高导热材料体积占比的直肋片，拓扑优化肋片使得反应时间分别缩短了84.5%和53.9%;在不同的反应动力学系数和导热系数下，拓扑优化结构的储热性能均高于直肋式反应器；随着反应动力学系数的增大和导热系数的减小，拓扑优化结构的强化效果显著升高，从而验证了提出的拓扑优化设计方案的优越性，并为热化学储热性能强化提供了有价值的参考。

关键词

水合盐 / 热化学储热 / 强化传热 / 拓扑优化

基金资助

国家自然科学基金资助项目(U22A20212)