泡沫复合相变材料储放热过程的实验数值模拟研究

以框架状泡沫铜为载体,Ba(OH)2·8H2O为相变储热材料,利用多孔泡沫金属骨架材料良好的吸附性能,制备出泡沫金属复合相变储能材料。采用差示扫描量热法测量Ba(OH)2·8H2O的相变温度和相变潜热,搭建了含泡沫铜和未含泡沫铜相变储能装置的实验台,根据焓-多孔介质模型数值模拟固液相变传热过程。结果表明,泡沫铜的填充不仅增加了相变材料的导热系数,而且缩短了相变材料熔化和凝固时间。数值计算与实验结果吻合良好,验证了该数学模型的可靠性,研究结果对相变储能装置在实际应用中具有一定的指导意义。     

正十八烷/泡沫相变复合材料蓄热实验研究

通过实验对相变复合材料的相变过程进行研究,将相变材料正十八烷(C18)分别填充到泡沫铜和泡沫碳中来提高相变材料的导热性能,采用差示扫描量热法(DSC)分析了正十八烷相变材料的热物性。利用相变蓄热装置对三种不同材料(C18、C18/泡沫碳、C18/泡沫铜)进行蓄放热对比实验,记录温度测试数据,分析这三种不同材料的温控性能与蓄热能力,并与正十八烷的结果对比。结果表明:泡沫材料的填充大幅提高相变材料的温控性能,使蓄热装置温度分布更均匀。     

纳米铝粉/石蜡复合相变储能材料的性能研究

针对石蜡作为固-液相变储能材料存在导热系数小、传热性能差的缺点,采用两步法制备了分散性较好的纳米铝粉/石蜡复合相变材料,并对其热物性能进行了实验研究.研究表明,纳米铝粉的加入有效地提高了石蜡相变储能材料的导热系数,而对相变潜热和相变温度影响不大.     

相变储能材料CaCl2·6H2O相变温度调节的实验研究

对添加了少量Ba(OH)2和SrCl2·6H2O稳定剂的相变储能材料CaCl2·6H2O相变温度调节进行了实验研究.研究结果表明:相变储能材料CaCl2·6H2O通过添加过量水的方法能够实现其相变温度的调节,添加过量水的合适范围为0～10％(质量分数),其相变温度调节的合适范围则24.16～28.54℃之间.基于实验结果理论回归得到的相变储能材料CaCl2·6H2O相变温度与添加过量水的关系式,在使用相变储能材料CaCl2·6H2O时,能够对添加不同数量过量水的相变储能材料CaCl2·6H2O之相变温度进行预测.这对于温室的温度控制以及培育优良花卉和特定农作物是非常有用的.     

铜纳米粒子强化正十八烷相变传热性能的实验研究

针对纯石蜡(正十八烷)作为固-液相变储能材料存在导热系数小、传热性能差的缺点,采用两步法制备了铜纳米粒子质量分数分别为0%、0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%的铜纳米粒子/正十八烷复合相变材料,并对其热物性进行了实验研究。采用瞬态热针法测量复合相变材料的导热系数。实验结果表明,铜纳米粒子可有效提高正十八烷的导热系数。利用DSC对铜纳米粒子/正十八烷复合相变材料进行热分析,结果表明,体系中添加铜纳米粒子后正十八烷的相变温度变化很小,而体系的相变潜热随铜纳米粒子质量分数的增加而逐渐减小,但减小幅度不大,因此铜纳米粒子的加入对正十八烷的蓄热能力影响较小。另外,对铜纳米粒子质量分数为1%的铜纳米粒子/正十八烷复合相变材料的热稳定性进行研究,结果表明其具有良好的热稳定性。     

相变装置中填充泡沫金属的传热强化分析

通过对泡沫金属结构的分析，将泡沫金属结构简化为二维的循环扩展六边形网格形式，且传热单元被分为九个导热层。在此基础上以热阻分析推导出了在泡沫金属作为填充材料时其整体有效导热系数Koff与泡沫金属空隙率ε之间的数学关系式。分别以泡沫铜、泡沫铝填充石蜡为例与用铜、铝翅片并联和串联两种方式填充石蜡时的有效导热系数进行了计算对比，从计算结果可以明显看出采用泡沫金属作为填充材料，其整体效果要优于翅片，可显著改善相变储能装置的传热性能及储能效率。     

Ba(OH)2·8H2O/泡沫铜相变复合材料的制备及传热性能

采用SEM和X射线能谱仪分析方法研究了50次热循环后Ba(OH)₂·8H₂O与铝合金和紫铜的相容性,发现Ba(OH)₂·8H₂O对铝合金有一定的腐蚀性,与紫铜具有优良的相容性.以简单的真空吸附填充方法制备了Ba(OH)₂·8H₂O/泡沫铜相变复合材料.搭建了含和未含泡沫铜相变储能装置实验台,对Ba(OH)₂·8H₂O/泡沫铜相变复合材料进行室温下稳态和瞬态的传热实验.结果表明:Ba(OH)₂·8H₂O/泡沫铜相变复合材料比纯Ba(OH)₂·8H₂O传热速率快,导热性能好,有效地降低了Ba(OH)₂·8H₂O的过冷度.高温恒温箱的传热实验表明:Ba(OH)₂·8H₂O/泡沫铜相变复合材料的蓄热能力随外界环境温度的升高而降低,当环境温度高于材料相变点温度时,应考虑对相变复合材料采取一些保温措施.     

高孔密度的泡沫铜对石蜡储热性能的研究

基于石蜡和高孔密度的泡沫铜制备了复合相变储热材料,设计并搭建了一套可视化储热实验装置,分析了高孔密度下泡沫铜的填充率对石蜡储热性能的影响.实验结果表明,当泡沫铜填充率从0％增至2.15％时,复合相变储热材料的融化时间从992 s缩短至872 s,缩短了11.69％,温度梯度从23.23 K减至7.77 K,降低了66....     

基于孔尺度的泡沫金属强化相变储热材料传热性能数值模拟

导热系数低是影响相变储热材料应用的主要难题之一,而泡沫金属具有高热导率、高孔隙率以及高比表面积等特性,在相变材料中添加泡沫金属可实现强化传热。该文基于泡沫金属基3D微观结构W-P模型,重点分析了泡沫金属基复合相变材料有效导热系数与泡沫金属孔隙率以及孔径的关系,采用数值模拟方法利用该模型预测并验证了泡沫铝6101添加空气与水的有效导热系数,研究结果表明该模型能够精确预测泡沫金属材料有效导热系数,在此基础上预测了石蜡中添加泡沫铜的有效导热系数,结果表明,泡沫金属可以显著提高相变材料的导热系数,当泡沫铜的孔隙率为97.57%时,复合相变材料的导热系数与纯石蜡相比提高了13倍。研究结果对于相变储热材料的热物性强化研究具有一定参考价值。     

石蜡-泡沫铜复合相变蓄热材料热特性的研究

采用石蜡和泡沫金属铜,制备了泡沫金属铜填充量为15%的复合相变蓄热材料,并搭建了一套可视化实验系统,研究了复合相变蓄热材料在熔化过程中固液界面的变化过程。基于焓-多孔介质模型,对复合相变蓄热材料的熔化过程进行了数值模拟。研究结果表明:泡沫金属铜强化了复合相变蓄热材料的导热性能,复合相变蓄热材料的熔化时间较纯石蜡缩短了3.44%。泡沫金属的加入减小了复合相变材料的瑞利数,抑制了石蜡熔化过程的自然对流,但强化了底部导热性能,缩短了整体熔化时间,因此本文所研究的复合相变材料的熔化过程由导热和层流主导。模拟与实验结果吻合较好,纯石蜡与复合相变材料模型熔化时间分别快于实验结果19 s和28 s。均方根误差(RMSE)分别为0.0223和0.0179。     

石墨烯、超声波缓和木糖醇过冷性的研究

中高温相变储能技术对于能源的开发和合理利用具有重要的意义,在太阳能热发电、工业热利用及余热回收方面有着显著优点。作为相变储能材料的木糖醇在凝固放热过程中有强烈的过冷倾向,不产生任何结晶。本研究采用超声波照射和添加石墨烯的方法缓和过冷,并进行了试验研究。试验结果显示,超声波和石墨烯均能有效缓和木糖醇的强过冷倾向,激发木糖醇成核结晶,并且最初的成核结晶位置与超声波和石墨烯作用相关。     

轨道车辆空调相变蓄冷换热器放冷过程的数值仿真研究

通过建立传热过程的数学模型,对轨道车辆空调相变蓄冷换热器放冷过程进行数值仿真计算,得到圆管型和扁管型蓄冷换热器在不同条件(环境温度、风速和蓄冷材料导热系数)和不同结构尺寸(圆管的管径、扁管的厚度)下的总放冷量和放冷时间,根据计算结果分析对比了蓄冷换热器在不同条件下放冷效果的优劣,结果表明影响放冷效果的重要因素为风速和环境温度,导热系数对放冷效果的影响非常小。     

不同温区相变微胶囊的制备及研究进展

本文介绍了相变微胶囊的应用背景及其制备方法,按0~10℃、10~20℃、20~30℃、30~40℃、40~50℃五个常用不同温区总结归纳了国内外相变微胶囊的研究进展,并列举了相变微胶囊在功能流体、节能建筑材料、可控温纤维、太阳能存储、红外伪装等方面的应用进展;最后阐述了纳米相变胶囊及其制备方法和研究进展。     

融化和凝固温度对三水醋酸钠相变储热性能的影响

为了研究储热材料三水醋酸钠(含成核剂十二水磷酸氢二钠和增稠剂羧甲基纤维素)在实际贮能工程中应用的融化和凝固温度范围,通过不同水浴温度下的融化实验和不同冷却条件下的凝固实验,得到了储热材料的相变性能参数.实验结果表明,储热材料的过冷度随着加热水浴温度的升高有增大的趋势,水浴温度在83℃以内时其相变性能较稳定,超过这个温度,其储热性能就无法保证;冷却温度降低,其过冷度有增大的趋势,但只要是在常温条件下的水浴或空气浴中冷却,即使冷却温度变化较大,储热材料的相变性能仍比较稳定.     

Novel and durable composite phase change thermal energy storage materials with controllable melting temperature

The development of high temperature phase change materials(PCMs)with great comprehensive per-formance is significant in the future thermal energy storage system.In this study,novel and durable Al-Si/Al2O3-AlN composite PCMs with controllable melting temperature were successfully synthesized by using pristine Al powder as raw material and tetraethyl orthosilicate as SiO2 source.The Al2O3 shell and Al-Si alloy were in-situ produced via the substitution reaction between molten Al and SiO2.Impor-tantly,the crack caused by the incomplete encapsulation of the Al2O3 shell could repair itself by the nitridation reaction of internal molten Al and thereby forming a highly dense Al2O3-AlN composite shell.The produced dense Al2O3-AlN composite shell could significantly improve the thermal cycling stability of composite PCMs,and thus,the thermal storage density decrease of the Al-Si/Al2O3-AlN(59.8 J/g to 77.7 J/g)was far less than that of the Al-Si/Al2O3(118.5 J/g)after 3000 thermal cycles.Moreover,the syn-thesized Al-Si/Al2O3-AlN still exhibited a controllable melting temperature(571.5-637.9℃),relatively high thermal storage density(105.6-150.7 J/g),great dimensional stability and structural stability after 3000 thermal cycles.Hence,the synthesized Al-Si/Al2O3-AlN composite PCMs,as promising preferential thermal energy storage materials,can be stably used in the energy utilization efficiency improvement of various systems for more than 6 years.     

具有多孔基体复合相变储能材料研究

本文提出了研制一种具有多孔基体的复合相变储能材料，通过实验分析了该储能材料的融解温度、融解热、热稳定性及微相结构等性能。该储能材料是由两种有机相变材料组成，通过物理吸附的方法将其复合在多孔基体材料中。在热分析中，用示差扫描量热仪(DSC)来测定储能材料的融点、融解热，用热重分析仪(TGA)测定其热稳定性，并用扫描电镜(SEM)观测了该储能材料的微相结构。测试结果表明该储能材料具有较高的相变潜热和较好的热稳定性，可被应用于储能和热能回收系统中。     

蓄热材料的研究进展

介绍了蓄热材料的分类和特点,系统评述了相变蓄热材料和吸附蓄热材料的研究进展,着重介绍了复合相变蓄热材料和复合吸附蓄热材料开发的创新思路,展望了复合蓄热材料的发展方向,指出首先应该开发复合蓄热材料,其次还要根据应用场合研制具有特定功能的蓄热材料.     

Parametric study of solidification of PCM around a cylinder for ice-bank applications

This paper presents the results of a numerical parametric study of the solidification of a phase change material (PCM) around a cylinder carrying a heat-transfer fluid (HTF) inside. A pure conduction model is used for the PCM and tube wall, the finite volume method is used together with the interface immobilization technique for treating the phase-change process. The convection problem inside the tube is solved by an energy balance with a Nusselt number value, obtained from the steady-state values for constant wall heat-flux conditions. The effects of the HTF entry temperature, the initial PCM temperature and the thermal conductivity of the tube material on the evolution of the solidification front are studied. Results for the temperature distribution during the process, phase-change interface velocity and thermal energy stored in the system are also presented.     

硬脂酸相变蓄能模型的改进

引入有效导热系数经验公式，使固液相变蓄能问题得以简化为仅用能量方程加以描述。通过对已有的数学模型加以改进，对有效导热系数经验公式进行修正，使由计算得到相变过程的温度场符合实验测得的温度场，从而验证了改进后的数学模型更加符合固液相变蓄能实际问题。     

金属相变储能热风装置提热性能的研究

对金属相变储能热风装置以提热管内空气强制对流和固相区金属材料导热为主的提热过程，采用在轴对称有限区域内由一管形热汇所引起的凝固过程来进行描述，并采用一维准稳态法并结合边界条件对其进行求解，得到该过程中金属材料温度及空气出口温度、固液界面半径、单位管径的热流密度、单管提热强度等与提热半径、空气流速及时间的关系。