泡沫材料冰蓄冷板融化过程的研究

蒋玉龙　张素军　李菊香（南京工业大学能源学院　南京　211816）

泡沫材料冰蓄冷板融化过程的研究

蒋玉龙张素军李菊香
（南京工业大学能源学院南京211816）

建立了填充泡沫材料冰蓄冷板内冰融化过程的数学物理模型，该模型考虑了融化液态水自然对流的影响。分别数值模拟了填充开孔聚氨酯泡沫、泡沫铜的冰蓄冷板的融化过程，研究了泡沫材料冰蓄冷板融化过程的速率、温度分布、相界面移动等规律。进行了实验对比，验证分析了泡沫材料的孔隙参数对融化速率的影响。结果表明，填充低导热系数泡沫材料可有效延长冰蓄冷板的释冷时间，该时间随泡沫孔密度的减小而增加、随孔隙率的增大而略减。填充高导热系数泡沫材料可有效改善冰蓄冷板温度分布，可加快冰融化速率，该速率随着泡沫孔隙率的减少而增加、随孔密度的减少而略增。

冰蓄冷；多孔材料；模拟；聚氨酯泡沫；孔隙参数

相变储能因具有潜热密度高、相变过程等温等优点［1-5］，越来越受人们重视。将高导热性能的多孔材料填充入相变介质中，以提高复合相变材料的总体导热性能，从而可改良复合相变材料的储热性能［6-9］。Siahpush A等［10］研究表明，95％孔隙率的铜泡沫能将纯度为99％正二十烷的有效导热系数从0.423 W/ （m.K）提高到3.06 W/（m.K）。盛强等［11］实验研究了泡沫铜——Ba（OH）2.8H2O的融化凝固过程，结果表明，填充泡沫铜增强了相变材料的传热速率，降低了相变材料的过冷度。郭茶秀等［12］模拟研究了铝泡沫和石墨泡沫对石蜡的相变影响，认为二者均能有效提高相变的传热速率，前者强化传热效果明显优于后者。张岩琛等［13］、王杰利等［14］通过研究认为，孔隙率对整体的相变热阻具有较大的影响，在一定范围内适当减小孔隙率可有利于增强金属骨架的热传导，但会导致自然对流传热的减弱及相变介质蓄热量的减少。赵明伟等［15］实验研究了泡沫铝-石蜡复合相变材料的蓄放热性能，结果表明，随着多孔泡沫金属孔隙率的提高，介质完成蓄放热所需的时间增加，蓄放热的速率降低。Shiina Y等［16］通过研究认为，多孔泡沫金属的最佳孔隙率随着蓄热系统传热系数的增加而有所降低。杲东彦等［17］可视化实验研究了开孔泡沫铝内石蜡融化过程，结果表明，填充泡沫铝后的复合相变材料融化区和非融化区交错分布，相界面相对模糊。郭茶秀等［12］认为随着孔隙率的减小，有效导热系数增大，传热速率加快，凝固时间缩短；孔隙率越小，相同凝固时间装置内对应点的温度越低；而Li W Q等［18］则认为虽然小孔隙率抑制了自然对流，但有效导热系数的增加导致界面移动速率加快，由于大孔隙率较强的自然对流，相界面的倾斜度较高。王杰利等［14］还指出多孔泡沫金属的孔密度对换热过程的影响不大，需要综合考虑对泡沫内部换热面积和孔内液体自然对流的影响。

然而，实际工程中的大部分相变介质自身的导热系数已较高，需要控制相变过程的释冷速率，延长相变工作时间，这需要将低导热性能的多孔材料与固-液相变介质组合，目前该方面的研究鲜见报道。本文分别研究了在纯冰中填充导热性能相对较低的开孔聚氨酯泡沫材料和高导热性能泡沫铜，制成复合相变材料冰蓄冷板，分别对其融化过程进行了数值模拟和实验研究，旨在研究泡沫材料相关参数对冰蓄冷板工作时间的影响规律。

1　冰蓄冷板传热模型

1.1物理模型

冰蓄冷板的物理模型如图1所示，上、下、前、后端面均为绝热，左、右两侧面处在对流环境中，冰蓄冷板中填充开孔泡沫骨架，左、右两侧的环境温度分别TL和TR，表面传热系数分别为hL和hR。

图1　物理模型Fig.1 Schematic diagram of physical domain

1.2数学模型

FLUENT软件在处理凝固和融化问题时引入了焓-多孔理论［19］，将温度和焓均作为待求函数，建立统一的能量方程，以液相率表示两相区中的液相体积分数，且以假设液相率与温度呈线性变化关系为前提，通过不断更新计算区域内每个单元的液相率来追踪固液两相界面的变化［20］。为便于分析，对复合冰蓄冷板的融化过程作如下假设：1）环境空气的流动为层流，且与固体壁面处于局部热平衡；2）复合相变材料为各向同性，初始温度均匀；3）相变介质融化后的流体为不可压缩牛顿流体，流动为层流，流体与固体间处于局部热平衡，忽略粘性耗散，密度服从Boussinesq假设；4）相变介质在固、液两态的热物性参数不随温度变化且不相同，在处于熔融状态时相变介质热物性参数随温度线性变化。

根据体积平均理论，质量、动量和能量守恒方程［21］如下：

多孔材料的渗透系数K、惯性系数C和有效导热系数keff采用如下表达式［22］：

式中：dp为多孔材料的平均直径，mm。由于在粥状区，融化具有一定的温度范围，液体所占的体积单元分数δ（t）由温度来确定［23］：

初始条件：

边界条件：

式中：Tinit为初始温度，K。

2　数值模拟

2.1数值模拟方法

使用Gambit软件建立模型，并采用结构化划分网格，网格选用四边形，网格尺寸精度为1 mm，冰蓄冷板的计算网格如图2所示，其中Gz指向z轴的正方向（垂直于纸面向外）。

采用SIMPLE处理速度和压力场耦合，固壁边界。设初始温度为268 K，冰的凝固温度为271.2 K，液化温度为273 K。融化过程中，从固相区到液相区，冰在孔隙中所占的体积由100％线性变化到0。在每个时间步长内对各控制方程进行耦合迭代计算，直至结果收敛。相关材料的热物性参数如表 1［24］所示。

图2　网格划分（局部）Fig.2 Mesh of model（part）

表1　材料物性参数Tab.1 Physical parameters of materials

2.2模拟结果分析

表1为模拟计算的材料各相关热物性参数。图3所示为根据表1参数进行融化模拟的结果，其中，ω表示多孔材料的孔密度，温度的单位为K。

对比图3（a）、（b）可发现，当经历相同时段后，填充泡沫铜冰蓄冷板的温度分布更为均匀，特别是在高度方向上与纯冰差别较大，其原因可能是：首先，金属的导热能力远远大于冰，由于铜骨架的存在，热量迅速由外边界向冰蓄冷板内部传递，导致冰蓄冷板的整体热扩散能力有较大的提高，很大程度上抵消了因铜骨架抑制融化介质的内部自然对流而产生的温度分布不均匀，使内部温差减小；其次，受铜骨架与冰交错分布和两者热物性差异影响，相比纯冰而言，含泡沫铜相变材料不同温度区域差异不明显，温区过渡更加自然。

对比图3（a）和（c）可发现：当融化经历相同时段后，在同一纵向高度上，填充聚氨酯泡沫的冰蓄冷板与纯冰相比，温差大体相当，前者或略高于后者。原因可能是：首先，聚氨酯泡沫的导热能力只近似为冰的0.25倍，加入聚氨酯泡沫后，冰蓄冷板的导热能力整体下降，热扩散能力减小，使得传热速率减小；其次，聚氨酯泡沫的多孔特性在一定程度上抑制了融化介质的自然对流，延缓了冰水分层，阻碍了不同温度区域的交互作用。

图4所示为纯冰和分别填充泡沫铜、聚氨酯泡沫后冰蓄冷板融化过程中相界面位置随时间的变化情况。

对比图4（a）、（b）可以发现，当经历相同时段后，纯冰内的固液相界面位置的轮廓更加明显，固液相界面的下端呈半椭圆弧状，而泡沫铜冰蓄冷板内的固液相界面过渡缓慢，交界面形状模糊。其原因可能是：首先，铜的导热系数远高于冰，可以迅速将相界面侧的热量传递到内部，冰蓄冷板的温度均匀性整体提高，使得相界面变模糊，未出现纯冰“外液内固”相界面层次分明的情况；其次，铜骨架内部的多孔性抑制了冰水混合物中的自然对流，使得自然对流对冰融化的作用减小，减缓了融化速率，从而下段未出现由于固液密度差引起的半椭圆弧状相界面；再者，在泡沫铜的作用下，复合相变材料的整体受热更加均匀，使得融化速率高于纯冰的融化速率，填充泡沫金属后的复合相变材料中液相率比纯冰的液相率更高。

对比图4（a）和（c）可知，当融化经历相同时段后，填充聚氨酯泡沫的复合相变材料与纯冰相比，前者内部液态区的面积小于后者，这说明，聚氨酯泡沫有效减小了融化速率，延长了冰蓄冷板的工作时间。此外，添加聚氨酯泡沫的冰蓄冷板内固液相界面分布要比纯冰的更加模糊，这可能是由于聚氨酯泡沫的多孔特性抑制了固液的自然对流，导致渗透性减小，渗透系数下降，相变材料融化速率降低所致。

图5所示为填充相同孔隙参数的不同泡沫材料下，冰蓄冷板内的液相率随时间的变化规律。

图3　融化过程温度分布Fig.3 Temperature distributions of melting processes

由图5可见，添加泡沫材料后，冰蓄冷板的融化时间随着填充材料导热能力的减小而增加，添加高导热能力的多孔材料可以有效提高复合相变材料的导热系数，从而加快融化速率，缩短融化时间；相反，添加低导热能力的多孔材料可减小融化速率，延长融化时间。

图6所示为填充不同孔隙率的泡沫材料下，冰蓄冷板融化过程中液相率随时间的变化情况。

由图6可知，填充泡沫铜时，冰蓄冷板的冰融化速率随着孔隙率的减小而增加，当填充开孔聚氨酯泡沫时，随着孔隙率变小，融化速率变快。原因可能为：1）复合相变材料导热系数的影响。填充泡沫铜后复合相变材料导热能力增大，且孔隙率越小，导热能力越大，使得融化速率越快；填充开孔聚氨酯泡沫后，复合相变材料导热能力减小，且孔隙率越小，导热能力越小，使得融化速率越慢；2）相变介质的质量比例因素。随着孔隙率的减小，冰的质量百分比会有所减少，有可能缩短相变介质的融化时间。

图7所示为分别填充不同孔密度的泡沫材料下，冰蓄冷板融化过程中液相率随时间的变化情况。

图4　融化过程相界面变化Fig.4 Changes of solid/liquid interfaces of melting processes

由图7（a）可知，孔隙率一定时，泡沫铜的孔密度对融化过程的影响较小。表明对于高导热系数材料，高孔密度对自然对流的削弱作用大于增加表面积对换热的强化作用。

由图7（b）可知，聚氨酯泡沫孔隙率一定时，孔密度对融化过程的影响较大。总体而言，随着孔密度减小，相变介质融化速率加快，表明对于低导热系数材料，低孔密度对自然对流的较小的削弱作用促进了热量的传递。

对比图6和图7发现，泡沫铜孔隙率融化速率的影响作用大于孔密度的影响作用，而聚氨酯泡沫孔隙率对融化速率的影响作用小于孔密度的影响作用。

3　实验研究

3.1实验方法

分别对填充泡沫铜和聚氨酯泡沫复合相变材料的冰蓄冷板进行融化实验。具体参数如表2所示。

图5　填充不同导热系数泡沫材料时液相率随时间的变化（ε=0.95，ω=10 ppi）Fig.5 Variations of liquid fractions with time for foams of different thermal conductivities（ε=0.95，ω=10 ppi）

实验条件设定如下：TL=TR=293 K，室内自然对流条件，冰蓄冷板初始温度均为268 K。实验台示意如图8所示：实验台由泡沫材料冰蓄冷板（局部覆盖保温层）、环境温湿度计、数据采集仪、计算机、空调系统等部分组成。从冰蓄冷板开始置于室内环境起计时，实时测定环境温湿度、冰蓄冷板各测点处温度，间隔测量冰蓄冷板不同竖直高度处冰层厚度。

3.2实验结果分析

图9所示为采用尺寸相同、初温相同（271 K）的几块立方体冰块，分别置于单面恒壁温加热的环境中10 min，仅壁面温度不同，比较相同时刻下冰融化部分的液相率与温度之间的对应关系。

图6　不同孔隙率下液相率随时间的变化（ω=10 ppi）Fig.6 Variations of liquid fractions with time for foams of different porosities（ω=10 ppi）

图7　不同孔密度下液相率随时间的变化（ε=0.95）Fig.7 Variations of liquid fractions with time for foams of different pore densities（ε=0.95）

表2　冰蓄冷板物性参数Tab.2 Physical parameters of cold plate

表明本文使用FLUENT软件模拟时，提出的“液相率与温度呈线性变化关系”假设成立。

图10所示为是泡沫铜-冰在融化过程中的冰层厚度。其中，（a）、（b）、（c）、（d）依次表示的0 s、9000 s、13500 s、28800 s四个时刻冰层厚度与初始时刻冰层厚度的变化量Δh，它们依次为：0.00 cm、1.10 cm、1.70 cm和4.70 cm。

图11所示为聚氨酯泡沫-冰在融化过程中的冰层厚度。其中，（a）、（b）、（c）、（d）、（e）依次表示的0 s、9000 s、13500 s、28800 s、39600 s五个时刻冰层厚度与初始时刻冰层厚度的变化量Δh，它们依次为：0.00 cm、0.35 cm、0.95 cm、3.65 cm和5.00 cm。

图8　实验台示意图Fig.8 Schematic diagram of experimental apparatus

图9　纯冰液相率随温度变化关系Fig.9 Variations of ice liquid fractions at different temperatures

图10　泡沫铜中冰融化图像Fig.10 Melting pictures of ice in metal foams（ε=0.95，ω=10 ppi）

图11　聚氨酯泡沫中冰融化图像Fig.11 Melting pictures of ice in open-cell polyurethane foams（ε=0.95，ω=10 ppi）

由图10～图11可知，随着时间的增加，冰层外表面由外边界向内部收缩，冰层厚度逐渐减小，趋势与模拟结果一致。对比图10和图11发现，未完全融化前，相同时刻下的泡沫铜冰蓄冷板冰层厚度变化均大于聚氨酯泡沫冰蓄冷板，且前者率先完全融化。这表明填充泡沫铜，加快了冰蓄冷板的融化速率；填充聚氨酯泡沫降低了冰蓄冷板融化速率，延长了冰蓄冷板的工作时间。这是由于铜的导热系数远大于冰，聚氨酯泡沫的导热系数小于冰，体现了不同导热性能泡沫材料对冰蓄冷板工作性能的影响。

根据冰层厚度随时间的变化，可计算出液相率随时间的变化；将融化产生的液态水收集，也可以测算出液相率。由这两种不同方法得出的液相率，取平均值。填充三种不同多孔材料冰蓄冷板融化过程液相率随时间变化的曲线，如图12所示。

由图12可知，填充ε=0.95，ω=10 ppi的泡沫铜的冰蓄冷板融化速率远高于填充相同参数的开孔聚氨酯泡沫的冰蓄冷板的融化速率。而填充ε= 0.95，ω=30 ppi的冰蓄冷板的融化速率小于填充ε =0.95，ω=10 ppi的开孔聚氨酯泡沫，表明孔密度对融化过程产生了影响。三条曲线的整体趋势与模拟结果一致，具有较高的吻合度。区别在于，相同时间下实验值略低于模拟值，这可能是由测量液体体积时的测量误差以及未考虑泡沫材料中的附着液体量所致。

冰蓄冷板的完全融化时间如表3所示。

图12　液相率随时间变化的曲线Fig.12 Variations of liquid fractions with time for PCM composites

表3　冰蓄冷板的融化时间Tab.3 Test data of performances

由表3数据可以看出，与纯冰相比，填充相同孔隙参数的开孔聚氨酯泡沫和泡沫铜，可以分别将融化时间延长9.8％和缩短15.2％；填充孔密度较大的开孔聚氨酯泡沫（ω=30 ppi），可以将融化时间延长14.3％。数值模拟结果中，填充ε=0.95，ω=10 ppi的开孔聚氨酯泡沫、泡沫铜和ε=0.95，ω=30 ppi的开孔聚氨酯泡沫对冰蓄冷板完全融化时间的影响依次为：延长8.6％，缩短16.2％和延长15.1％，实验结果与数值模拟结果总体较为吻合。综上所述：填充低导热系数多孔材料可有效延长冰蓄冷板释冷速率，延长工作时间；填充高导热系数多孔材料可有效缩短冰蓄冷板融化速率。

4　结论

为满足实际应用中对长释冷时间冰蓄冷板的需求，将低导热系数泡沫材料——开孔聚氨酯泡沫填充入冰蓄冷板中。通过建立自然对流环境中泡沫材料冰蓄冷板二维融化过程数学物理模型，对填充2种泡沫材料共12种不同参数（孔隙率、孔密度各3种）组合的冰蓄冷板进行模拟，对典型组合进行实验验证，模拟和实验具有较好的吻合性。结果发现：

1）填充高导热能力的泡沫金属能有效提高冰蓄冷板的融化速率；填充低导热能力的聚氨酯泡沫材料能有效延长冰蓄冷板的工作时间。

2）填充高导热能力的泡沫金属，融化速率随着孔隙率的减小而增加，随着孔密度的减少而增加，前者影响大于后者。

3）填充低导热能力的泡沫材料，融化速率随着孔隙率的增加而减小，随着孔密度的增大而减小，前者影响小于后者。

［1］Zalba B，Marín J M，Cabeza L F，et al.Review on thermal energy storage with phase change：materials heat transfer analysis and applications［J］.Applied Thermal Engineering，2003，23：251-283.

［2］马素德，宋国林，樊鹏飞，等.相变储能材料的应用及研究进展［J］.高分子材料科学与工程，2010，26（8）：161-164.（Ma Sude，Song Guolin，Fan Pengfei，et al.The application and development of phase change materials［J］.Polymer Materials Science and Engineering，2010，26（8）：161-164.）

［3］于欣，胡晓峰，黄占华.有机/复合相变储能材料研究进展［J］.功能材料，2012，43（Suppl.）：16-21.（Yu Xin，Hu Xiaofeng，Huang Zhanhua.Research progress in organic/composite phase change materials for energy storage ［J］.Journal of Functional Materials，2012，43（Suppl.）：16-21.）

［4］Rozanna D，Chuanh T G，Salmiah A，et al.Fatty acids as phase change materials（PCMs）for thermal energy storage：A review［J］.International Journal of Green Energy，2005，1（4）：495-513.

［5］倪海洋，朱孝钦，胡劲，等.相变材料在建筑节能中的研究及应用［J］.材料导报，2014，28（11）：100-104.（Ni Haiyang，Zhu Xiaoqin，Hu Jin，et al.Research and application of phase change materials on energy saving in buildings ［J］.Materials Review，2014，28（11）：100-104.）

［6］Li G，Hwang Y H，Radermacher R，et al.Review of cold storage materials for subzero applications［J］.Energy，2013，51：1-17.

［7］张涛，余建祖.相变装置中填充泡沫金属的强化传热分析［J］.制冷学报，2007，28（6）：13-17.（Zhang Tao，Yu Jianzu.Analysis on thermal conductivity enhancement for PCM embeded in metal［J］.Journal of Refrigeration，2007，28（6）：13-17.）

［8］Mesalhy O，Lafdi K，Elgafy A，et al.Numerical study for enhancing the thermal conductivity of phase change material （PCM）storage using high thermal conductivity porous matrix［J］.Energy Conversion and Management，2005，46 （6）：847-867.

［9］杨宪宁，谢永奇，余建祖，等.泡沫铜在运血车中的储能应用研究［J］.制冷学报，2011，32（2）：58-62.（Yang Xianning，Xie Yongqi，Yu Jianzu，et al.The application research of energy storage on copper foam phase-change material in blood transportation vehicle［J］.Journal of Refrigeration，2011，32（2）：58-62.）

［10］Siahpush A，O'Brien J，C′repeau J.Phase change heat transfer enhancement using copper porous Loam［J］.Journal of Heat Transfer，2008，130：1-11.

［11］盛强，邢玉明，王泽.泡沫金属复合相变材料的制备与性能分析［J］.化工学报，2013，64（10）：3565-3570. （Sheng Qiang，Xing Yuming，Wang Ze.Preparation and performance analysis of metal foam composite phase change material［J］.CIESC Journal，2013，64（10）：3565-3570.）

［12］郭茶秀，刘树兰.铝泡沫和石墨泡沫强化石蜡相变传热的数值模拟［J］.郑州大学学报（工学版），2012，33（3）：87-90.（Guo Chaxiu，Liu Shulan.Numerical simulation of heat transfer enhancement of paraffin was phase change with metal foam and graphite foam［J］.Journal of Zhengzhou University（Engineering Science），2012，33（3）：87-90.）

［13］张岩琛，杲东彦，陈振乾.基于格子Boltzmann方法的孔隙率对泡沫金属内相变材料融化传热的影响［J］.东南大学学报（自然科学版），2013，43（1）：94-98.（Zhang Yanchen，Gao Dongyan，Chen Zhenqian.Influence of porosity on melting of phase change materials in metal foams with lattice Boltzmann method［J］.Journal of Southeast U-niversity（Natural Science Edition），2013，43（1）：94-98.）

［14］王杰利，屈治国，李文强，等.封装有相变材料的金属泡沫复合散热器实验研究［J］.工程热物理报，2011，32 （2）：295-298.（Wang Jieli，Qu Zhiguo，Li Wenqiang，et al. Experimental study of hybrid heat sink sintered with phase material［J］.Journal of Engineering Thermophysics，2011，32（2）：295-298.）

［15］赵明伟，左孝青，杨牧南，等.泡沫铝-石蜡复合相变材料的蓄放热性能研究［J］.功能材料与器件学报，2012，18 （5）：391-396.（Zhao Mingwei，Zuo Xiaoqing，Yang Munan，et al.Thermal storage and release properties of aluminum foam-paraffin composite phase change materials［J］. Journal of Functional Materials and Devices，2012，18（5）：391-396.）

［16］Shiina Y，Inagaki T.Study on the efficiency of effective thermal conductivities on melting characteristics of latent heat storage capsules［J］.International Journal of Heat and Mass transfer，2005，48（2）：373-383.

［17］杲东彦，陈振乾，陈凌海.开孔泡沫铝内石蜡融化相变过程的可视化实验研究［J］.化工学报，2014，65（Suppl.）：95-100.（Gao Dongyan，Chen Zhenqian，Chen Linghai.Visualized experimental of melting of paraffin was in aluminum foam with open cells［J］.CIESC Journal，2014，65（Suppl.）：95-100.）

［18］Li W Q，Qu Z G，He Y H，et al.Experimental and numerical studies on melting phase changer heat transfer in opencell metallic foams filled with paraffin［J］.Applied Thermal Engineering，2012，37：1-9.

［19］Voller V R，Prakash C.A fixed-grid numerical modeling methodology for convection-diffusion mushy region phasechange problems［J］.International Journal of Heat and Mass Transfer，1987，30（8）：1709-1720.

［20］ANSYS Inc.ASNSY FLUENT12.0 Theory Guide［Z］. USA：ANSYS Inc，2009.

［21］卢涛，姜培学.多孔介质融化相变自然对流数值模拟［J］.工程热物理学报，2005，26（Suppl.）：167-170.（Lu Tao，Jiang Peixue.Numerical simulation of natural convection for melting phase change in porous media［J］.Journal of Engineering Thermophysics，2005，26（Suppl.）：167-170.）

［22］林瑞泰.多孔介质传热传质引论［M］.北京：科学出版社，1995：111-128.

［23］郭宽良，孔祥谦，陈善年.计算传热学［M］.合肥：中国科学技术大学出版社，1988：68-69.

［24］阚安康，韩厚德，汤伟.基于分形理论的开孔聚氨酯泡沫等效导热系数研究［J］.材料导报，2012，26（2）：143-146.（Kan Ankang，Han Houde，Tang Wei.Research on effective thermal conductivity for open-cell polyurethane foam using fractal theory［J］.Materials Review，2012，26（2）：143-146.）

About the corresponding author

Li Juxiang，female，professor，College of Energy，Nanjing Tech University，+86 13851699543，E-mail：lijx@njtech.edu.cn. Research fields：high efficient heat and mass transfer equipment，heat transfer in porous materials.

Investigation on Melting Process of Ice Cold-plate with Porous Material

Jiang Yulong Zhang Sujun Li Juxiang
（College of Energy，Nanjing Tech University，Nanjing，211816，China）

A physical and mathematical model to describe the melting process in foam-filled ice cold-plate was developed.The natural convection of liquid water was taken into account.The melting processes of ice cold-plates filled with open-cell polyurethane foams and copper foams were simulated.The principles of the melting rates，temperature distributions，interface movements were analyzed.Comparisons were made between the model predictions and experimental data.The influences of foams pore parameters to ice melting rates were confirmed.The results indicate that foams with low thermal conductivity efficiently extends the melting time.The time increases obviously with the decrease of pore density and increases slowly with the increase of porosity.In contrast，the foams with high thermal conductivity effectively improve the temperature distribution and accelerate the melting rate.The rate increases obviously with the decrease of porosity and increases slightly with the decrease of pore density.

ice cold-hold；porous material；simulation；polyurethane foam；pore parameter

TB34；TK02；TP391.9

A

0253-4339（2015）05-0065-09

10.3969/j.issn.0253-4339.2015.05.065

2015年1月6日

简介

李菊香，女，教授，南京工业大学能源学院，13851699543，E-mail：lijx@njtech.edu.cn。研究方向：高效传热传质设备、多孔介质传热等。