基于拓扑优化的管壳式相变储能单元传热特性研究

摘要

应用数值模拟方法，对拓扑优化模型的相变传热性能进行了分析研究。以自然对流为传热机制的拓扑优化模型，探讨了不同网格尺寸对拓扑优化结果及其相变传热特性的影响。将拓扑优化模型进行后处理，并与基础模型进行对比，分析其熔化性能差异。研究结果表明，优化模型相比基础模型显著缩短了相变材料的完全熔化时间。在自然对流条件下，优化模型肋片结构主要集中于单元上下两部分，随着网格尺寸减小，左右两侧肋片分支逐渐增多，自然对流模型最大熔化时间相差16.9%。此外，肋片结构形态及分布方式对自然对流发展存在显著影响。当网格尺寸为0.2 mm时，自然对流优化模型肋片分布更广、分支更多，但对自然对流环流发展产生一定抑制作用，反而使完全熔化时间大于网格尺寸为0.6 mm的模型。因此，综合考虑肋片结构形态、布置方式及其对自然对流的耦合作用，对于提升相变传热性能具有重要意义。

关键词

拓扑优化 / 相变传热 / 自然对流 / 肋片结构