相变储能技术在航空航天等领域具有广泛的应用前景,但是相变材料导热性能差制约了其工程化应用.高导热的纳米材料能够有效提高相变材料的导热性能.为了对其相变现象进行更精细的模拟分析,基于Maxwell-Garnett等效介质理论(EMT)建立3种具有代表性结构的纳米复合相变材料详细物性参数,将流体体积(VOF)模型与焓-多孔介质模型相耦合,在考虑相变材料体积膨胀的情况下,数值模拟了纯石蜡、添加不同体积组分金刚石纳米粒子(ND)、单壁碳纳米管(SWCNT)和石墨烯纳米片(GnP)的纳米复合相变材料在定温边界条件下的固液相变过程.结果表明:相变材料熔化过程中对流效应主要分布在临近固液相界面、临近加热壁面及临近气液两相交界面这3个区域;3种纳米粒子中GnP的导热强化效果最佳,相比纯石蜡,添加体积分数为3％的GnP纳米复合相变材料固相导热系数提高了486％,相变材料的熔化时间缩短了69％;升高壁面温度能够有效缩短复合相变材料的熔化时间.
相变材料 纳米材料 等效介质理论(EMT)模型 流体体积(VOF)模型 焓-多孔介质模型