该文档属于类型a，是一篇关于相变材料（PCM）在圆柱形储能罐中热性能增强的原创性研究论文。以下是针对该研究的学术报告：
一、作者及发表信息
本研究由Seyyedamirreza Abdollahi、Mahdihosseini Arnasa、Faramarz Talati（通讯作者）、Seyyedfaramarz Ranjbar（伊朗大不里士大学机械工程学院）和Saman Faramarzi（伊朗伊斯兰阿扎德大学西德黑兰分校机械工程系）合作完成，发表于期刊Results in Engineering（2025年4月，卷26，文章编号105081）。
二、学术背景
研究领域：热能存储（Thermal Energy Storage, TES）系统中的相变材料（Phase Change Material, PCM）热传递增强技术。
研究动机：PCM因其高潜热容量在储能领域备受关注，但其低导热性限制了热传递效率。现有研究多集中于简单几何结构（如矩形或管壳式系统），而径向鳍片（radial fins）和纵向鳍片（longitudinal fins）在圆柱形系统中的协同作用尚未充分探索。
研究目标：通过数值模拟比较径向与纵向鳍片对圆柱形PCM储能罐冻结过程的影响，优化热传递效率，并提出设计策略。
三、研究流程与方法
1. 模型构建与边界条件
- 几何模型：采用COMSOL Multiphysics软件模拟同心圆柱形储能罐，PCM填充于内外壁之间（内半径10 mm，外半径20 mm，高度40 mm）。
- 鳍片配置：
- 径向鳍片：分为1、2、3鳍片三种配置（厚度1 mm），将PCM分割为不同数量的单元（图1）。
- 纵向鳍片：分为2、4、6鳍片三种配置（厚度1.2 mm），均匀分布（图2）。
- 边界条件：
- 模式1：仅内壁施加固定温度（293 K），其余壁面绝热。
- 模式2：内外壁均施加固定温度（293 K），顶部和底部绝热。
2. 数值模拟方法
- 多孔焓法（Porous Enthalpy Method）：将固-液界面视为多孔区，通过液体分数（λ）描述相变状态（λ=0为固态，λ=1为液态）。
- 控制方程：包括连续性方程、动量方程（含源项Su模拟相变阻力）和能量方程（考虑显热与潜热）。
- 网格独立性验证：通过对比59,339、230,088和1,261,508网格数的结果，选定230,088网格以确保精度（图3）。
3. 材料与参数
- PCM材料：选用石蜡RT-58，其熔点为335 K，潜热180 kJ/kg，导热系数0.21 W/m·K。
- 鳍片材料：铜（导热系数401 W/m·K）。
4. 验证与对比
- 通过与Mosaffa等[17]和Lamberg等[14]的实验数据对比，验证模型准确性（图5-6）。
四、主要结果
1. 边界条件的影响
- 无鳍片时：模式2（双壁冷却）的冻结时间（300.42 s）比模式1（单壁冷却，1433.3 s）缩短79.03%，证明双壁冷却显著提升热传递效率（图11）。
2. 径向鳍片性能
- 模式1下：3鳍片配置的冻结时间（688.97 s）比无鳍片缩短51.9%，但中央单元冻结快于边缘单元，导致后期效率下降（图14）。
- 模式2下：3鳍片冻结时间为248.33 s，较无鳍片仅缩短17.3%，表明双壁冷却削弱了鳍片的相对贡献（表4）。
3. 纵向鳍片性能
- 模式1下：6鳍片配置冻结时间（558.21 s）比无鳍片缩短58.63%，且温度分布更均匀（图24-26）。
- 模式2下：6鳍片冻结时间（218.57 s）缩短23.5%，性能稳定性优于径向鳍片（图29）。
4. 鳍片类型对比
- 初始阶段：径向鳍片因局部热传递更快，表现更优。
- 长期性能：纵向鳍片因均匀热分布，在高鳍片数量下效率更高（表7-8）。
五、结论与价值
- 科学价值：
- 揭示了双壁边界条件对PCM冻结过程的决定性影响。
- 明确了径向与纵向鳍片的性能差异：径向鳍片适合短期快速冻结，纵向鳍片适合长期稳定储能。
- 应用价值：
- 为工业及可再生能源领域（如聚光太阳能电站）的TES系统设计提供优化依据。
- 提出“低鳍片数选径向，高鳍片数选纵向”的配置策略。
六、研究亮点
- 创新性方法：首次在圆柱形TES系统中对比径向与纵向鳍片的协同效应，并引入双壁边界条件分析。
- 关键发现：
- 双壁冷却可使无鳍片系统的冻结时间减少79%。
- 纵向鳍片在6鳍片配置下冻结时间缩短58.63%，优于径向鳍片。
- 技术突破：通过多孔焓法精确模拟相变界面，并验证网格独立性（图3-4）。
七、其他有价值内容
- 未来研究方向：建议探索PCM材料可变物性、球形/矩形储能罐设计及自然对流效应的影响。
- 数据可用性：所有数据均公开于论文中，支持后续研究复现。
（注：文中图表编号与原文一致，如“图1”“表1”等，具体可参考原文献。）