The use of phase change materials (PCM) for latent heat thermal energy storage (LHTES) is receiving considerable amount of attention in recent years. Experimental findings have demonstrated that the so-called ‘close contact melting’ (CCM) enhances heat transfer during the melting process remarkably. Yet, the commercially-available numerical schemes are not suitable for the modeling of CCM. Therefore, in this study a new numerical model for combined convective and close-contact melting in an axisymmetric cylindrical geometry is devised. A full set of the governing conservation equations is solved using finite differencing framework, integrated with an advanced immersed boundary method for the fluid-solid interaction and enthalpy formulation for the phase change process into an original in-house code. First, the model is validated carefully for each physical phenomenon with known benchmarks. Then, a numerical study is conducted to elucidate the melting process in a vertical cylindrical enclosure heated isothermally from the bottom and side wall. Twelve study cases are considered in order to reveal the transient phase-change sequence dependence on the aspect ratio and the excess temperature. Detailed data on the flow and temperature fields are obtained. The overall results are generalized using a dimensional analysis, which includes the Fourier, Stefan and Archimedes numbers and the enclosure aspect ratio. A correlation for the melt fraction, suitable for all cases studied, is suggested.

近年来，相变材料 (PCM) 用于潜热热能储存 (LHTES) 的使用受到了相当多的关注。实验结果表明，所谓的“紧密接触熔化”（CCM）显着增强了熔化过程中的热传递。然而，商业上可用的数值方案不适合 CCM 的建模。因此，在这项研究中，设计了一种新的数值模型，用于在轴对称圆柱几何中组合对流和紧密接触熔化。使用有限差分框架求解全套控制守恒方程，将先进的浸入边界方法用于流固相互作用和相变过程的焓公式化为原始内部代码。第一的，该模型针对每个物理现象都使用已知基准进行了仔细验证。然后，进行数值研究以阐明从底部和侧壁等温加热的垂直圆柱形外壳中的熔化过程。考虑了十二个研究案例，以揭示瞬态相变序列对纵横比和过热的依赖性。获得有关流场和温度场的详细数据。总体结果是使用量纲分析概括的，其中包括傅立叶数、斯特凡数和阿基米德数以及外壳纵横比。建议了适用于所有研究案例的熔体分数的相关性。进行了一项数值研究，以阐明从底部和侧壁等温加热的垂直圆柱形外壳中的熔化过程。考虑了十二个研究案例，以揭示瞬态相变序列对纵横比和过热的依赖性。获得有关流场和温度场的详细数据。总体结果是使用量纲分析概括的，其中包括傅立叶数、斯特凡数和阿基米德数以及外壳纵横比。建议了适用于所有研究案例的熔体分数的相关性。进行了一项数值研究，以阐明从底部和侧壁等温加热的垂直圆柱形外壳中的熔化过程。考虑了十二个研究案例，以揭示瞬态相变序列对纵横比和过热的依赖性。获得有关流场和温度场的详细数据。总体结果是使用量纲分析概括的，其中包括傅立叶数、斯特凡数和阿基米德数以及外壳纵横比。建议了适用于所有研究案例的熔体分数的相关性。总体结果是使用量纲分析概括的，其中包括傅立叶数、斯特凡数和阿基米德数以及外壳纵横比。建议了适用于所有研究案例的熔体分数的相关性。总体结果是使用量纲分析概括的，其中包括傅立叶数、斯特凡数和阿基米德数以及外壳纵横比。建议了适用于所有研究案例的熔体分数的相关性。