基于传热损失分析的四通换向阀优化设计

对四通换向阀的传热损失进行了实验和理论分析,基于传热损失分析,提出了两种优化目标的四通换向阀优化方法:优化目标为降低传热损失的优化方案为采用低导热系数的阀座材料替代原阀座材料,优化目标为降低成本并保证性能的优化方案为同时降低阀座材料导热系数和阀的尺寸。结合实验、系统仿真和理论计算,分别分析了两种优化方案的优化效果。结果表明,四通换向阀的传热损失大于24W,占系统制冷量比例超过0.7%,不可忽略;对于以降低传热损失为目标的方案,阀座材料导热系数由常见的110W/(m.K)降为60W/(m.K)后,四通阀传热损失减小21%,热泵系统COP提高0.4%;对于以降低成本并保证性能为目标的方案,阀座材料导热系数由110W/(m.K)降为60W/(m.K)、阀尺寸整体缩小0.913倍后,系统制冷量不变、系统COP提高0.28%,四通换向阀成本降低16.6%。     

四通换向阀的实验研究

实验研究了四通换向阀对风冷热泵冷热水机组系统性能的影响;分析比较了四通换向阀的吸气压降损失、排气压降损失、吸气温升损失和泄漏损失;在制冷和制热工况下,四通阀造成的平均系统性能损失分别为6．04％和7．59％,平均吸气压降损失分别为5．49％和7．31％;从实验的角度分析了提高风冷热泵冷热水机组系统性能的方向。     

石墨化碳泡沫导热性能研究

以煤焦油基沥青为原料,在420～450℃的范围内热解制备中间相沥青,用所制得的沥青在6～8MPa的压力下升温发泡,保温一段时间,然后再经过碳化和石墨化制得一种性能优良的导热材料--碳泡沫,其导热系数最高可以达到110W/(m·K).讨论了沥青中间相含量、发泡时的压力、保温时间、升温速率对泡沫导热性能的影响:随着中间相沥青含量的增加,所制备的碳泡沫的导热系数明显提高,中间相由0%提高到100%时,导热系数由77.5W/(m·K)上升到110W/(m·K);发泡时保温时间的影响相对于成型压力更为明显,保温时间从1h提高到4h,导热系数会由85 W/(m·K)上升到100W/(m·K);发泡的压力对导热系数的影响不是很明显.     

石墨烯填充对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响

为研究同一制备方法下石墨烯质量分数对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响,通过熔融共混法制备了石墨烯/聚酰胺(GE/PA6)、石墨烯/聚丙烯(GE/PP)、石墨烯/高密度聚乙烯(GE/HDPE)3种聚合物复合材料。结果表明,石墨烯能有效提高3种聚合物导热性能,当填充石墨烯质量分数达到10%时,PA6导热系数从0.32 W/(m·K)提升至1.30 W/(m·K);GE/PP导热系数从0.37 W/(m·K)提升至1.15 W/(m·K)、GE/HDPE导热系数从0.62 W/(m·K)提升至1.13 W/(m·K)。对制备的石墨烯聚合物复合材料进行热重分析。将纯聚合物与石墨烯质量分数1%,5%,10%的石墨烯聚合物复合材料对比,PA6的热稳定性逐渐提升,PP、HDPE的热稳定性先降低后升高。     

基于激光热成像的薄膜面向导热系数测试方法

提出一种基于激光热成像的薄膜面向导热系数测试方法。仿真论证了激光加热相较于常规电加热方案的热损失差异;分析了激光加热功率、表面换热系数、测温模型增益系数等关键参数标定问题,并设计了相应的方案。基于15个不同材料或厚度的薄膜和薄片样品进行了实验,测试结果和参考值相对偏差均<6%,其中导热系数<3 W/(m·K)的样品测试误差显著优于常规方法,这表明该方法可有效改善热流环路积分法对低导热薄膜的测试精度。     

石蜡基碳纳米管复合相变蓄冷材料的热性能研究

针对石蜡导热系数低,传热性能差的缺点,采用向其中添加碳纳米管来改善其导热性能。实验制备了碳纳米管质量分数为1%、2%和5%的石蜡基复合相变材料,通过差示扫描量热仪和热传导系数仪研究了复合材料的相变性能,导热性能和稳定性。实验结果表明,随着碳纳米管质量分数的增加,复合材料的导热系数逐渐增大,相变焓有所减小。质量分数为5%的石蜡基碳纳米管复合材料相变温度为4~8 ℃,相变焓为137.6~142.7 kJ/kg,比纯石蜡下降了约18%,液态导热系数为0.28 W/(m?K),比纯石蜡提高了40%,稳定性较好,可作为蓄冷材料广泛应用于蓄冷系统。     

新型多腔孔陶瓷复合保温材料的制备及性能研究

通过原料及配方的创新,以硅酸铝纤维、玻化微珠等为原料制备了一种新型多腔孔陶瓷复合保温材料。研究了材料的导热性能和显微结构。结果表明:材料导热系数低,热面温度200℃时导热系数仅为0.050 W/(m·K),热面温度600℃时导热系数为0.084 W/(m·K);材料内部结构疏松,存在多级配的孔隙结构,孔隙尺寸在微米级以下。利用马弗炉进行保温性能测试,保温材料内表面温度600℃,厚度仅为139mm时,稳态时外表面温度即可低于46℃,散热损失仅为158 W/m~2,远远低于标准规定的最大散热损失266 W/m~2。将材料制成1cm厚度的块材时,材料能产生较大弯曲而不损坏,有利于对电厂高温管道进行包覆。     

超高分子量聚乙烯基复合材料导热性能研究

采用纳米铜作为子颗粒,利用颗粒复合化系统,以机械冲击的方法将纳米铜颗粒嵌入式包覆于超高分子量聚乙烯颗粒(UHMWPE)表面,利用热压成形技术制备导热型复合材料。采用导热系数测定仪测试其导热系数,分析纳米铜添加量对导热效果的影响。结果表明:在相同的实验条件下,当纳米铜添加质量分数为6.8%时,复合材料的导热系数达到了0.85 W/(m.K),比纯UHMWPE提高了124%。     

改性天然石墨/熔盐复合材料的制备及性能分析

熔盐是太阳能热电系统中常用的传热和储热介质,为了提高熔盐的热导率,以改性天然石墨为导热填料,与硝酸熔盐(NaNO_3-7%-NaNO_2-40%-KNO_3-53%)制备了熔盐复合材料,采用扫描电镜、差式扫描量热仪(DSC)、激光导热系数测量仪和红外热像仪等手段对复合材料进行表征。未改性的天然石墨与熔盐界面相容性差,在液态熔盐中易分层。改性处理改善了天然石墨与熔盐的界面相容性,改性石墨在液态熔盐中分散性好,经过多次固-液相变后依然可以稳定分散。DSC循环测试表明改性天然石墨/熔盐复合材料有很好的稳定性,熔化热、熔点和比热容都有所降低。改性天然石墨添加量为25%,可将熔盐导热系数由0.76W/(m·K)提高至11.26W/(m·K)。结果表明改性天然石墨可以有效提高熔盐的热导率,进而提高传热和储热效率。但是添加改性石墨会降低比热容,因此在应用时需要对导热系数和比热容进行合理的优化选择。     

储热型吸附式空气取水器吸附剂与储热材料的选择

本文针对太阳能储热型吸附式空气取水器吸附剂和储热材料的选择,分别研究了以膨胀硫化石墨(ENG-TSA)和以活性炭纤维(ACF)毡为基质的复合吸附剂的导热系数和吸附性能,硬脂酸/膨胀硫化石墨(ENG-TSA-SA)复合相变储热材料的导热系数与DSC测试。结果表明:ENG-TSA-LiCl复合吸附剂的导热系数最大可达5.67 W/(m·K),吸水量最大可达1.54 g/g。真空浸渍法获得的ACF-LiCl复合吸附剂的吸水量比大气浸渍法高。ASLi40固化吸附剂的吸水量为1.59 g/g,适用于大批量生产。ENG-TSA-SA的径向导热系数为22.2 W/(m·K),相变温度区间为65.9~77.1℃,适用于太阳能等低品位热能。储热器的添加明显延缓了解吸温度降低的趋势。     

不同吸附量条件下氯化锶混合吸附剂-氨的导热系数与渗透率研究

氯化锶作为一种化学吸附剂,其主要特征是在吸附与解吸过程中会出现膨胀与结块现象,这种现象会进一步影响到吸附剂的导热系数与渗透率。为了确定在这种条件下氯化锶的导热系数与渗透率变化规律,研究中先选择膨胀石墨为基质对氯化锶进行了传热强化。即按照3种不同比例、2种不同固化密度配制了氯化锶/膨胀石墨固化混合吸附剂,然后在不同吸附量的条件下采用稳态法以及Ergun模型原理对样品进行了导热系数和渗透率测试。测试结果表明,随着制冷剂含量的升高,氯化锶化学吸附剂导热系数值增加幅度偏大。当配制比例为83%,固化密度为450 kg/m3时,其导热系数可从0.88W/(m?K)最高上升至1.61W/(m?K),同时氯化锶混合吸附剂渗透率随着制冷剂含量的升高而有所下降。     

石墨表面镀Si对石墨/Al复合材料热物理性能的影响

研究了石墨粒径及表面镀Si处理对石墨/Al复合材料热物理性能的影响。结果表明:在盐浴过程中石墨表面形成了SiC层,这不仅增强了石墨-Si/Al复合材料的界面结合力,而且抑制了Al4C3相的产生。随着石墨鳞片体积分数从50%增加到70%,复合材料X-Y方向的热导率从492 W/(m·K)增加到654 W/(m·K),而且体积分数为50%的镀Si石墨/Al复合材料抗弯强度达到了81 MPa,相比未镀覆的提高了53%,是理想的定向导热电子封装材料。随着石墨粒径从500μm减小到150μm,石墨-Si/Al复合材料X-Y面方向的热导率由654 W/(m·K)降低到445 W/(m·K),但Z方向的热导率和复合材料抗弯强度变化不明显。     

石墨烯纳米片/(酚酞聚芳醚酮-环氧树脂)双逾渗导热复合材料的制备和性能

为在较低的导热填料含量下提高环氧树脂(EP)的热导率,通过溶液法制备了石墨烯纳米片/(酚酞聚芳醚酮-EP) (GNP/(PEK-C-EP))复合材料。基于接触角测量计算并预测了GNP的选择性分布,并通过SEM和激光闪光法研究了GNP和PEK-C含量对GNP/(PEK-C-EP)复合材料的微观结构和热导率的影响。结果表明,当PEK-C的含量为20wt%时,GNP选择性分布在PEK-C中,形成了双逾渗结构的GNP/(PEK-C-EP)复合材料,从而构建了连续导热通道。当GNP含量为1wt%时,GNP/EP复合材料导热率最高达0.375 W(m·K)?1。当GNP含量为0.5wt%时,GNP/(PEK-C-EP)复合材料导热率最高达0.371 W(m·K)?1,较GNP含量为0.5wt%的GNP/EP复合材料热导率高48%,与GNP含量为1wt%的GNP/EP复合材料的热导率基本相同。表明GNP/(PEK-C-EP)复合材料的填料量减少了50%,利用双逾渗效应可以有效减少导热填料用量。此外,比较了纯EP和GNP/(PEK-C-EP)复合材料的玻璃化转变温度、热稳定性和热膨胀系数,结果表明,GNP/(PEK-C-EP)复合材料的热性能优于纯EP。      

Ni-P-PTFE化学复合镀层导热性能的研究

采用Ni-P-PTFE化学复合镀对铜管进行表面处理能有效减少污垢在换热表面上形成。然而,在实际应用上,复合镀层对铜管导热性能的影响是必须考虑的问题。实验利用热阻法对铜基Ni-P-PTFE复合镀层的导热系数进行测量,并利用Wilson plot方法处理数据最终得到Ni-P-PTFE复合镀层的导热系数。分析了镀层各组分镍(Ni),聚四氟乙烯(PTFE),碳(C),磷(P)的质量分数对其导热性能的影响规律。结果表明,Ni-P-PTFE复合镀层的导热系数随PTFE和P的质量分数增大而降低,随C的质量分数增加而增大。当PTFE,C以及P的质量分数w(PTFE)=1.76%,w(C)=3.82%和w(P)=10.81%时,最大值为23.12 W/(m.K)。尽管复合镀层的导热系数不高,但由于其厚度很小,镀层产生的热阻仅为9.91×10-5~1.6×10-4(m2.K)/W,所以复合镀层铜管仍保持很高的导热系数值314.88~357.55W/(m.K)。     

复合相变储冷材料的制备及性能研究

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为分散剂,多层石墨烯、TiO2/石墨烯(m(TiO2):m(石墨烯)=25∶75)和TiO2颗粒作为导热添加剂,加入到二元复合有机储冷材料中(m(壬酸):m(葵醇)=60:40),制备了复合相变储冷材料。通过吸光度、DSC和热导率测试等手段,对复合相变储冷材料的稳定性、相变温度、相变潜热及热导率进行了评价分析。结果表明,分散剂和导热添加剂的加入,对储冷材料的相变温度和相变潜热影响不大,但对热导率影响较大。当分散剂SDBS浓度为0.2 g/L,导热添加剂(分别为TiO2/石墨烯和TiO2颗粒)浓度为0.5 g/L时,复合相变储冷材料具有较好的稳定性,其热导率分别为为0.2211和0.2096 W/(m·K),相比没有加入任何导热添加剂的储冷材料的热导率(0.1738 W/(m·K)),分别提高了27.22%和20.61%;当分散剂SDBS浓度为0.3 g/L,导热添加剂多层石墨烯浓度为0.3 g/L时,复合相变储冷材料处于稳定状态,其热导率为0.2268 W/(m·K),相比0.1738 W/(m·K),提高了30.49%。由此可知,多层石墨烯可以更有效地增加复合相变储冷材料的热导率,这主要是由于石墨烯具有非常高的比表面积,有利于复合材料更加均匀地分散以及形成更加完善的网格结构,从而有效增加复合相变储冷材料的稳定性及热导率。选用多层石墨烯为导热添加剂(0.3 g/L),SDBS为分散剂(0.3 g/L),可以制备出体系最稳定、热导率最高的复合相变储冷材料。     

淤泥对水泥基节能材料热性能与力学性能的影响

应用淤泥制备一种新型水泥基节能材料,探讨了淤泥对材料热性能和力学性能的影响,分析和比较了淤泥用于制备节能胶凝材料的可行性.研究结果表明,淤泥可用于制备节能材料,淤泥的掺入能显著提高这种新型节能材料的隔热效果.当骨料掺量为20%时,淤泥取代水泥掺量由10%增加到30%的过程中,试样的热导率降低了14%,达到0.261W/(m·K);由于外加剂的掺入为试样引入大量气孔,依据提出的导热系数的计算方法所得结果比实验测量值平均高0.065W/(m·K).因为淤泥不具有水胶凝性,所以它的掺入导致节能材料的力学性能降低.     

利用稳态法测量聚合物薄膜纵向热导系数

在一维稳态热传导模型的基础上,设计了一套用于测量聚合物薄膜纵向热导系数的实验装置,并利用Comsol软件对该测量装置进行数值模拟并优化设计。同时利用本文设计的实验装置,测量得到了不同温度下聚酰亚胺(PI)膜、聚四氟乙烯(PTFE)膜以及混合纤维素酯(MCE)膜的热导系数。在35℃~60℃的温度范围内热导系数测量值分别维持在0.21 W/(m.K),0.26 W/(m.K),0.13 W/(m.K)左右,标准不确定度在9.5%以下。测量结果与参考值相符,验证了实验装置的测试精度。     

单根沥青基炭纤维热导率的温度特性研究

采用"T"形法测量了温度100K～400K范围内单根沥青基炭纤维的热导率.结果表明,在300K以下,由于边界散射的影响,炭纤维热导率随着温度升高而增大,350K左右渐趋于饱和,对应热导率约为800W/(in·K),400K附近热导率又增大至920W/(in·K).在不改变接触点的前提下,通过测量同一根纤维小同长度对应的热导率,估计了炭纤维与热线节点处的接触热阻,并讨论了不同温度下辐射对热导率测量的影响,最后得到热导率的测量不确定度在±13%以内.     

液相剥离法制备石墨烯及在导热硅橡胶中的应

采用高速剪切机液相剥离法, 在胆酸钠的水溶液中将鳞片石墨剥离, 离心得到石墨烯分散液。AFM、TEM、Raman表征结果发现, 剥离出的石墨烯厚度小于4层, 尺寸大约在2~3 μm, 高质量缺陷少(I_D/I_G≈0.15)。将石墨烯分散液冷冻干燥后与银粉共同添加到硅橡胶中, 制备出导热硅橡胶。利用稳态热流法测试导热硅橡胶的导热系数发现, 当添加3vol%石墨烯时, 复合材料的导热系数由未添加石墨烯时的4.900 W/(m·K)提高到12.367 W/(m·K)。综上所述, 通过液相剥离法成功制备出缺陷较少的少层石墨烯, 能够与银粉协同提高导热硅橡胶的导热系数。