本发明涉及一种基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置，属于固液相变强化技术领域。
背景技术：
固液相变材料由于储能密度大、温度和体积变化小等优点而被广泛运用于储能系统中。其中有机相变材料由于熔点低、化学稳定性好和相变潜热大而被广泛使用。然而，由于有机相变材料的导热系数往往很低，在实际运用中其内部传热缓慢，无法在有限的时间内实现热能的高效存储。因此，人们提出了一系列方案来强化固液相变过程，提高储能效率。影响传热快慢的因素主要包括流体导热系数的大小及对流的强度。针对相变材料导热系数低的问题，人们首先提出通过布置金属内翅片来增强传热，后来又有人提出可以在相变材料中添加高导热颗粒来增加复合相变材料的有效导热系数。尽管这些方法可以取得明显的传热强化效果，但是它们往往会造成相变材料的容量大幅减少，从而降低储能系统的储能容量。并且这一类被动强化技术往往无法对相变过程的快慢进行调节。
技术实现要素：
本发明是为了解决现有的被动强化技术无法对相变过程的快慢进行调节的问题，进而提供了一种基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置，它包括金属外管及布置在金属外管内的若干复合内管，且金属外管与复合内管之间填充有相变材料，金属外管接地且其外壁设置有绝热层，所述复合内管包括金属内管、布置在金属内管外部的若干组翅片以及布置在金属内管内壁的绝缘层，金属内管接入直流正电压，且其内部流通热源。
进一步地，金属外管的两端封闭，若干复合内管均从金属外管的一端穿入，从另一端穿出。
进一步地，金属外管的两端外部均设置有绝热层。
进一步地，所述金属外管的半径为r，所述复合内管的数量为九个，且每个复合内管的外径均为
进一步地，九个复合内管分别为一个第一内管、四个第二内管及四个第三内管，其中，第一内管与金属外管同轴设置，四个第二内管绕第一内管的周向均布，且每个第二内管的轴心均位于半径为
进一步地，所述若干组翅片沿复合内管轴向均布。
进一步地，每组翅片均包括若干圆锥形翅片主体，且若干所述圆锥形翅片主体沿复合内管外壁周向均布。
进一步地，每组翅片中圆锥形翅片主体的数量为八个，每个圆锥形翅片主体的轴向长度均为
进一步地，每组翅片中的若干圆锥形翅片主体的根部通过套环固接为一体，所述套环套装在复合内管上。
进一步地，每相临的两个复合内管上的若干组翅片交错布置。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本申请利用介电液体在电场作用下的动力学特性，通过在固液相变过程中对介电相变材料施加直流电场，诱发产生强电热对流，增强对流换热，从而实现固液相变强化。与现有的被动强化技术相比，由于流场中电热对流强度直接受到极板间电势差的影响，可以通过调节阳极板输入电压的大小，主动控制相变过程进行的快慢。
本申请通过增强对流换热来强化相变，在有限空间内纯自然对流强度较弱，施加电场后能显著增强流动强度，获得很好的相变强化效果。
本申请采用介电相变材料作为储能介质，材料内部的电流非常微弱，即使施加较高电压也只会带来极小的额外电量消耗，符合节能减排的理念。
附图说明
图1为本申请的主视示意图；
图2为本申请的侧视示意图；
图3为复合内管的横截面示意图(套环未示出)。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～3说明本实施方式，基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置，它包括金属外管2及布置在金属外管2内的若干复合内管4，且金属外管2与复合内管4之间填充有相变材料3，金属外管2接地且其外壁设置有绝热层1，所述复合内管4包括金属内管6、布置在金属内管6外部的若干组翅片以及布置在金属内管6内壁的绝缘层7，金属内管6接入直流正电压，且其内部流通热源8。
复合内管4为阳极，接通直流正电压；金属外管2为阴极，接地；高温工质作为热源8。金属外管2及复合内管4均呈圆柱形结构。
金属外管2绝热，主要用于储存相变材料3和支撑其它组成部分的结构；
金属内管6内部流通的热源8为高温流体(也即高温循环工质)。合理选择接入电压，在一定范围内电压越高，电场强度越大，电场强化效应越好，但电压过高将导致介电相变材料3被击穿。
通过在金属外管2外部设置绝热层1，防止装置内的热量散失；
若干金属内管6以一定的规则排列在金属外管2内部，所述金属内管6具有良好的导热和导电性能，能够快速将金属内管6内部的高温循环工质的热量传递给相变材料3。
翅片具有两个作用，一是增加换热面积，二是促进尖端放电。
通过若干组翅片增加换热面积，进而增强换热效果，并且有利于电荷注入形成高强度电场。通过设置绝缘层7，防止高温循环工质(比如水)带电影响系统运行。采用的相变材料3为正十八烷，熔点为28℃的介电体。
金属内管6数目越多，换热面积越大，相变材料3熔化越快。但是金属内管6数目越多，相应地相变材料3的体积越小，装置储热量越少。另外，在相同金属内管6数目下，不同的金属内管6方式将对装置的储能效率产生影响。金属外管直径应处于400-700mm范围，金属内管数目不少于3个，不多于9个，金属内管直径是金属外管直径的1/10至1/12之间。本申请所述直径均为外径。
相同电压下，电荷注入多少与极板表面曲率呈正比。翅片顶端越细长，越有利于电荷注入；翅片的厚度与长度会对换热效果产生影响，同时也会影响翅片本身的加工难度和结构强度。翅片厚度不超过翅片长度2/3，翅片长度处于金属外管的1/10至1/12之间。
当装置开始工作时，高温流体流经复合内管4，加热相变材料3促使其熔化，在复合内管4外壁接入正电压，外表面采用尖端放电激发电场，在电场力和浮升力的驱动下液态相变材料3(即复合内管4与金属外管2之间填充的相变材料3)内逐渐形成强电热对流，增强流体内的对流换热从而加速相变进程。
本申请利用介电液体在电场作用下的动力学特性，通过在固液相变过程中对介电相变材料3施加直流电场，诱发产生强电热对流，增强对流换热，从而实现固液相变强化。与现有的被动强化技术相比，由于流场中电热对流强度直接受到极板间电势差的影响，可以通过调节阳极板输入电压的大小，主动控制相变过程进行的快慢。
本申请通过增强对流换热来强化相变，在有限空间内纯自然对流强度较弱，施加电场后能显著增强流动强度，获得很好的相变强化效果。
本申请采用介电相变材料3作为储能介质，材料内部的电流非常微弱，即使施加较高电压也只会带来极小的额外电量消耗，符合节能减排的理念。
本申请的储能结构为管壳式，与现有的方腔式容器相比，具有更广泛的应用范围。
本申请实质上属于尖端放电激发电场，与现有技术中的平板放电相比，更有利于在低电压下形成高强度电场，更加节能环保。
金属外管2的两端封闭，若干复合内管4均从金属外管2的一端穿入，从另一端穿出。高温流体经复合内管4一端进入，另一端流出。
金属外管2的两端外部均设置有绝热层1。
所述金属外管2的半径为r，所述复合内管4的数量为九个，且每个复合内管4的外径均为
九个复合内管4分别为一个第一内管、四个第二内管及四个第三内管，其中，第一内管与金属外管2同轴设置，四个第二内管绕第一内管的周向均布，且每个第二内管的轴心均位于半径为
所述若干组翅片沿复合内管4轴向均布。
每组翅片均包括若干圆锥形翅片主体5，且若干所述圆锥形翅片主体5沿复合内管4外壁周向均布。
每组翅片中圆锥形翅片主体5的数量为八个，每个圆锥形翅片主体5的轴向长度均为
每组翅片中的若干圆锥形翅片主体5的根部通过套环固接为一体，所述套环套装在复合内管4上。如此设计，便于翅片的安装。
每相邻的两个复合内管4上的若干组翅片交错布置。如此设计，使得整个相变材料3内放电更加均匀。
1.一种基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置，其特征在于：它包括金属外管(2)及布置在金属外管(2)内的若干复合内管(4)，且金属外管(2)与复合内管(4)之间填充有相变材料(3)，金属外管(2)接地且其外壁设置有绝热层(1)，所述复合内管(4)包括金属内管(6)、布置在金属内管(6)外部的若干组翅片以及布置在金属内管(6)内壁的绝缘层(7)，金属内管(6)接入直流正电压，且其内部流通热源(8)。
2.根据权利要求1所述的基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置，其特征在于：金属外管(2)的两端封闭，若干复合内管(4)均从金属外管(2)的一端穿入，从另一端穿出。
3.根据权利要求2所述的基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置，其特征在于：金属外管(2)的两端外部均设置有绝热层(1)。
4.根据权利要求1所述的基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置，其特征在于：所述金属外管(2)的半径为r，所述复合内管(4)的数量为九个，且每个复合内管(4)的外径均为
5.根据权利要求4所述的基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置，其特征在于：九个复合内管(4)分别为一个第一内管、四个第二内管及四个第三内管，其中，第一内管与金属外管(2)同轴设置，四个第二内管绕第一内管的周向均布，且每个第二内管的轴心均位于半径为
6.根据权利要求1所述的基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置，其特征在于：所述若干组翅片沿复合内管(4)轴向均布。
7.根据权利要求6所述的基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置，其特征在于：每组翅片均包括若干圆锥形翅片主体(5)，且若干所述圆锥形翅片主体(5)沿复合内管(4)外壁周向均布。
8.根据权利要求7所述的基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置，其特征在于：每组翅片中圆锥形翅片主体(5)的数量为八个，每个圆锥形翅片主体(5)的轴向长度均为
9.根据权利要求7或8所述的基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置，其特征在于：每组翅片中的若干圆锥形翅片主体(5)的根部通过套环固接为一体，所述套环套装在复合内管(4)上。
10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的基于电流体力学的管壳式尖端放电固液相变强化传热装置，其特征在于：每相邻的两个复合内管(4)上的若干组翅片交错布置。
技术总结