Discharge performance of a thermal energy storage unit with paraffin-expanded graphite composite phase change materials

本工作对石蜡（PA）及石蜡/膨胀石墨（97% PA/3% EG和95% PA/5% EG）复合相变储热材料的热性能进行了探究,考察了不同直径储热单元在干燥介质温度为25℃,风速为0.8 m/s条件下的放热性能。结果表明,在石蜡中添加膨胀石墨后,复合材料导热系数较纯石蜡分别提高了178.10%和214.30%,可以有效改善石蜡的导热性能,缩短放热时间;储热单元直径对放热性能有显著影响,随着石蜡相变储热单元直径的增大,放热时间线性增加;膨胀石墨的添加可以明显缩短放热时间,随膨胀石墨含量的增加,相同直径储热单元的放热时间逐渐缩短;膨胀石墨对储热单元放热性能的改善效果随直径变化而不同,在一定范围内随储热单元直径的增大而效果逐渐显著,达到极值后随直径的增大效果逐渐减弱,本实验条件下,最优储热单元直径在35~50 mm之间。结合实际生产需求,最优直径为35 mm。     

月桂酸-肉豆蔻酸/膨胀石墨封装复合相变储能材料的制备及表征

以月桂酸-肉豆蔻酸(LA-MA)低共熔酸为芯材,膨胀石墨(EG)为担载材料,利用熔融吸附法制备LA-MA/EG复合相变材料。采用有机无机复合硅溶胶对其包封定形,得到LA-MA/EG封装复合相变材料用来改善相变过程中液态脂肪酸的渗漏问题,并通过SEM、FT-IR和DSC对该封装复合相变材料的结构和性能进行表征。结果表明:LA-MA/EG封装复合相变材料的潜热和相变温度为119.5 J/g和31.2℃;封装材料并未引起新生成物的出现,且可明显抑制脂肪酸的渗漏现象;加速热循环后的封装复合相变材料仍可保持良好的储能性质。     

石墨/十四酸复合相变材料的热性能研究

利用超声解离的方法以膨胀石墨(EG)制得微米级片层石墨(MSGF),将MSGF添加到十四酸(MA)基体中,制备出MSGF质量分数分别为0.1%、0.5%、1.0%和2.0%的石墨/十四酸复合相变材料,采用实验的手段对该复合材料的热性能进行表征。结果表明:该复合材料的导热系数较纯MA有明显提高,随着MSGF质量分数的增加,固态体系的导热系数增加得越快,液态体系的增加则基本呈线性趋势;相变潜热随MSGF含量增加逐渐降低,但相变温度变化不大,熔化时的相变温度略高于凝固时的温度;储(放)热时间与纯MA相比明显减少。     

相变蓄热水箱的设计与运行特性研究

以肉豆蔻酸/膨胀石墨作为储热相变材料,分析肉豆蔻酸/膨胀石墨应用于水箱蓄热的可行性,计算出相变蓄热水箱临界取热温差为103.1℃,研制一种具有均流结构的相变蓄热水箱,并在此基础上设计一套用于测试相变蓄热水箱运行特性的实验系统。实验研究不同蓄热温度、储热单元数量和水箱内不同流速下相变蓄热水箱的蓄/放热特性。研究结果表明:融化过程中,较大的温差能加快相变材料的蓄热速率;在凝固过程中,为使储热单元热量释放出最多的可利用热量,水箱内水流速率取0.012m/s较适宜;相变单元可有效降低水箱内热水温度的下降速率,在包含150L蓄热介质的水箱中,取热温差为30℃,流量为3.3L/min的情况下,当蓄热单元占用水箱体积9.84%时,可比相同体积常规蓄热水箱多提供20%温度不低于40℃的热水。     

石蜡与石蜡/膨胀石墨复合材料充/放热性能研究

利用相变材料的充/放热实验台测试石蜡及石蜡/膨胀石墨(质量比分别为93/7及90/10)复合相变材料的充/放热性能。实验表明纯石蜡在充热过程中自然对流是其主要的换热方式,而放热过程中导热是主要的换热方式。在充/放热过程中,石蜡的充/放热效率都较低。而对于石蜡/膨胀石墨复合相变材料,其导热能力较石蜡有很大提高,但由于添加了膨胀石墨而削弱了对流换热,其换热方式是以导热为主。因此,添加膨胀石墨对充热速率提高不多,而对放热速率有大幅度提高。石蜡/膨胀石墨(93/7)复合材料充热过程所用时间为石蜡的62%,放热过程的时间为石蜡的43%。石蜡/膨胀石墨(90/10)复合材料充热过程所用时间为石蜡的52%,放热过程的时间为石蜡的35%。     

新型管壳式相变蓄热器的设计与数值模拟

设计了新型具有内外双螺旋结构的翅片管式蓄热换热器,通过Gambit软件建立三维蓄热体相变蓄、放热过程的物理模型和数学模型,运用Fluent软件对换热器的蓄、放热过程进行模拟。研究表明新型换热器的蓄、放热效率要比光管、仅有外螺旋翅片以及仅有内螺旋翅片的换热器高。最后对相变材料和外螺旋翅片的间距进行了优化,结果得出添加0.5%膨胀石墨/石蜡的复合相变材料要比纯石蜡蓄热时间缩短34%,翅片螺距对蓄热器的蓄热性能有重要的影响。     

Thermal properties of a modified MOF-stearic acid composite phase change materials

以ZIF-67作为金属有机框架（MOF）,通过原位沉淀法生长在膨胀石墨片上对膨胀石墨进行改性,经过煅烧后形成Co₃O₄/EG分级多孔混合结构。为了优化硬脂酸的充放热性能,将Co₃O₄/EG与硬脂酸通过熔融共混和真空吸附法复合,制备出具有优异充放热性能的SA/Co₃O₄/EG复合相变材料。表征SA/Co₃O₄/EG复合相变材料的微结构、物相、相变焓值、相变温度和充放热时间等热物理性能,分析添加物Co₃O₄/EG的微结构对硬脂酸相变储热材料微结构和热性能产生的影响。添加物Co₃O₄/EG对SA/Co₃O₄/EG复合相变材料的相变温度影响较小,相变温度与Co₃O₄/EG添加量没有依赖关系。而复合储热材料的相变潜热随Co₃O₄/EG量的增加而减少,但与理论计算相差较少。Co₃O₄/EG分级多孔结构可以阻止Co₃O₄的团聚并提供高比表面积和孔体积吸附硬脂酸,多孔隙结构Co₃O₄和高热导率膨胀石墨（EG）的协同作用可以增加硬脂酸相变储热材料的热传递,缩短充放热时间,提高充放热效率。     

一种新型复合相变蓄热材料的制备与表征

相变蓄热材料是太阳能高效利用的基础与关键。文章选用54%KNO_3-46%NaNO_3作为太阳能高温热电站的蓄热材料,并选用膨胀石墨作为添加剂,分别制备了膨胀石墨(EG)质量分数为1%和2%的新型太阳能复合相变蓄热材料KNO_3-NaNO_3/EG。然后利用同步热分析仪(SDT-Q600)测量上述蓄热材料的相变温度、潜热,利用扫描电子显微镜(SEM)观测上述蓄热材料的微观结构。分析结果表明:太阳能复合相变蓄热材料KNO_3-NaNO_3/EG的相变温度为224.28℃,相变潜热为105.8 J/g;添加膨胀石墨能够明显地增强蓄热材料的导热性能,石墨对蓄热材料的熔点影响较小。     

石蜡/膨胀石墨复合相变储热材料的研究

以膨胀石墨为基体,石蜡为相变储热介质,利用膨胀石墨对石蜡良好的吸附性能,制备出了石蜡／膨胀 石墨复合相变储热材料。由于毛细作用力和表面张力的作用,石蜡在固-液相变时,很难从膨胀石墨的微孔中渗 透出来。实验结果表明,石蜡/膨胀石墨复合相变储热材料没有改变膨胀石墨的结构和石蜡的固-液相变温度, 且其结合了石墨高的导热系数和石蜡大的相变潜热,因而储热密度较高,导热性能好。其相变潜热与对应质量 分率下的石蜡相当,储/放热时间比石蜡明显减少。     

纳米铝粉/石蜡/膨胀石墨复合相变材料的制备及性能研究

将具有导热系数高,与石蜡相容性较好特点的纳米铝粉加入到液体石蜡中,形成纳米铝粉/石蜡流体,利用膨胀石墨特有的网络状孔隙结构以及对石蜡的高吸附性能,制备出了纳米铝粉/石蜡/膨胀石墨复合相变材料,解决了纳米铝粉在液体石蜡中容易发生团聚和沉降的问题,并通过实验研究了其热物性能。研究结果表明:当石蜡与膨胀石墨质量百分比例为93/7,加入纳米铝粉的质量分数低于3%时,膨胀石墨可以稳定的吸附纳米流体,经反复循环蓄、放热,纳米流体不会出现泄漏问题,且对复合相变材料的体积和蓄热能力没有影响;膨胀石墨的网络状孔隙结构可以抑制纳米铝粉的团聚现象,但随着纳米铝粉含量的增加,纳米颗粒仍会发生团聚现象,复合相变材料的导热系数,蓄、放热速度均呈非线性增加。应控制纳米铝粉的加入量,当纳米铝粉质量分数为2%时,纳米铝粉颗粒未发生明显团聚现象,复合相变材料的热性能较好。     

良导热、形状保持相变蓄热材料的制备及性能

将石蜡与一热塑弹性体SBS复合制备了在石蜡熔融状态下仍能保持形状稳定的复合相变蓄热材料,复合材料保持了石蜡的相变性,相变潜热可高达纯石蜡潜热的80%,在复合相变材料中加入膨胀石墨后,热传导性有了显著提高,其放热时间比纯石蜡缩短了61%。     

管翅式相变蓄热器性能的实验研究

为了改善光管螺旋式相变蓄热器的蓄放热效果,在圆管上加装了矩形翅片,并通过选择复合体系的相变蓄热材料,实验研究了翅片螺旋式相变蓄热器的蓄热特性。实验结果表明:以80%Na2SO4·10H2O+20%Na2HPO4·12H2O的复合体系为蓄热介质,矩形翅片螺旋相变蓄热器的蓄热速度比光管式蓄热器提高了1/3,蓄热时间缩短了1/3,具有良好的蓄放热性能。     

一种太阳能相变储能材料蓄放热性能的实验研究

以硬脂酸为太阳能中温相变储能材料,建立了相变蓄热装置蓄放热特性测试实验台,对储能单元含有50%和80%相变材料以及纯水的储能箱分别进行3组放热性能实验测试。结果表明,在放热过程中,储能箱在装有相变材料放热时水温波动比纯水放热时的水温波动大,可在一定时间内维持局部温度不变;在储能箱蓄热水温都达到80℃、冷水以1.2 L/min进入储能箱进行缓慢换热时,储能单元含80%相变材料的放热能力最强,储能单元含50%相变材料的次之,纯水的放热能力最弱;在相同储能空间下,相变材料释放的有效能为水的1.62倍。     

谷电利用复合石蜡蓄热材料的制备及供暖墙体构造实验

针对石蜡作为相变蓄热材料导热性能差、供热能力不足的问题,向石蜡中添加膨胀石墨(EG)制备导热性能增强的复合相变材料(PCM),探讨EG与石蜡的配比对复合PCM热性能的影响.测试结果表明,当EG质量分数达到12％时,复合PCM的导热系数提升至纯石蜡的12倍,相变潜热从纯石蜡的190.8 J/g减小至152.1 J/g,相...     

三套管式相变蓄热器分形肋片设计及(火积)耗散分析

通过数值模拟的方法,根据分形原理设计了三套管式相变蓄热器的肋片并分析其蓄、放热特性,运用(火积)耗散原理对其蓄、放热过程进行分析。结果表明:相比其他结构的相变蓄热器,安装分形肋片的相变蓄热器可使蓄、放热时间缩短,效率提高;模型2(T形分形模型)和模型3(Y形分形模型)比模型1(直肋模型)的蓄热时间分别缩短了35.64%和33%,放热时间分别缩短了47.65%和43.4%;模型2和模型3相比模型5(2倍填充直肋模型)所需蓄、放热时间基本接近,说明分形设计只需较低的金属填充量便可达到很好的蓄、放热效果;安装分形肋片的相变蓄热器在蓄、放热过程中(火积)耗散率(或其绝对值)下降更快,可逆性更好,换热效率更高。     

剥离膨胀石墨/熔融盐材料的制备及其性能研究

采用水溶液法配以超声波剥离和分散手段,使用二元硝酸熔融盐Na NO3-KNO3和膨胀石墨(EG)制备出剥离膨胀石墨/熔融盐复合相变储能材料。通过扫描电镜(SEM)、能量色散谱仪(EDX)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、导热性能、差示扫描量热(DSC)等表征和测试手段,研究添加不同质量分率的EG对复合相变储能材料热物理性能的影响。结果表明:利用超声波处理使EG得以剥离成石墨片并均匀分散在二元硝酸熔盐中,制得的复合相变储能材料微观结构均一,导热性能大大改善,其导热系数高达4.884 W/(m·K),相变潜热随EG质量分数的增大而逐渐降低,但变化不大,相变峰值温度约224℃。该制备工艺简单,制备出的复合材料在中温储热领域具有良好的应用前景。     

碳酸锂钠共晶盐复合相变材料的储放热特性CSCD

对以碳酸锂钠共晶盐为相变材料,氧化镁颗粒为陶瓷基体和石墨为导热增强剂的复合相变材料模块储放热性能进行实验研究,并与纯相变材料进行了对比。结果表明,对于储热过程,添加有导热增强剂的复合材料模块储热性能明显高于纯相变材料,且其储热性能随着导热增强剂含量的增加而提高。当石墨质量含量从5%提高到30%时,材料模块整体的储热时间缩短29%。对于放热过程,实验考察了两种放热条件—自然对流和强制对流。结果表明,强制对流条件下材料模块的放热性能要优于自然对流条件下的放热性能。对比纯相变材料,复合材料模块的整体放热速率提高了近33%。     

管壳式换热器蓄热单元数值模拟与优化

相变材料导热系数低,导致相变蓄热装置无法快速地进行热量储存和释放,文中建立了翅片管和光管式相变蓄热单元的三维计算模型,采用数值模拟方法,从蓄热速率、蓄热量以及温度场等方面比较分析了翅片管和光管结构对储热性能的影响。结果表明:在光管外壁添加翅片可以缩短相变材料完全熔化以及整个蓄/放热过程所需时间;与采用光管结构相比,采用翅片换热管时,完全熔化时间缩短32%,完全放热时间缩短14.5%。可见,在一定条件下添加翅片有助于提高蓄热体的蓄放热性能,所得结论对实际工程中相变蓄热系统的设计和优化具有一定的参考价值。     

笼屉式水箱中膨胀石墨对石蜡熔化和凝固过程的影响

为研究膨胀石墨对石蜡熔化和凝固性能的影响,对膨胀石墨石蜡复合相变蓄热材料的熔化和凝固过程进行数值分析,并与纯石蜡相变蓄热材料的熔化和凝固过程进行对比.且分析不同含量的膨胀石墨及不同壁面温度对石蜡熔化和凝固过程的影响,结果表明:石蜡中添加膨胀石墨能明显缩短石蜡的熔化和凝固时间,且熔化和凝固时间都随着膨胀石墨含量的增加而减少;在同种工况下,与纯石蜡对比,添加1％、2％、5％膨胀石墨的复合石蜡熔化时间分别减少2.14、2.81、9.74倍;凝固时间则分别减少0.77、1.05、3.76倍;壁面温度对复合石蜡的熔化过程影响显著,而对凝固过程影响程度不佳;其中在初始温度相同的条件下,与壁面温度为327 K的工况下5％EG复合石蜡全部熔化的时间对比,壁面温度为332 K及337 K的工况下5％EG复合石蜡全部熔化的时间分别缩短了0.83、1.58倍.     

层叠式高温相变蓄热系统传热特性的实验研究

为研究层叠式高温相变蓄热系统的传热特性,采用二元熔盐Solar Salt(质量比NaNO_3:KNO_3=6:4)为相变材料,以空气为换热介质,记录不同风速下蓄热箱体内部的温度变化。通过层叠式高温相变蓄热系统的放热实验,分析蓄热箱体内部蓄热单元的传热特性,进而对蓄热箱体内部传热效率低的区域进行传热优化。通过在相变材料Solar Salt中添加不同质量分数的膨胀石墨,提高相变材料的导热系数,进而改善传热效率低的区域。实验表明:在蓄热箱体内部,靠近出风位置的蓄热单元A2降温到200℃所需时间分别比靠近进风位置的蓄热单元B2和C2多10.5%和37.4%。为解决靠近出风位置的A列蓄热单元传热效率低的问题,在A列蓄热单元的Solar Salt中添加膨胀石墨,可以显著改善蓄热箱体内部的传热情况,明显提高了系统的换热能力,且风速为1.53 m/s时相邻配比材料效率提升最大。