中温相变蓄热系统强化传热方法研究进展

中温相变蓄热系统在太阳能热利用、余热回收等领域有广泛的研究与应用前景,但相变材料较低的热导率严重削弱了相变蓄热系统的热响应速率和蓄放热效率。针对这一问题,本文从提高传热系数、拓展传热面积、增大平均温差3个方面对近年来中温相变蓄热系统强化传热方法进行了综述。通过分析可以看出,通过导热增强填料对相变材料进行改性时,应注意填料对导热和对流的共同作用,综合考虑填料对热导率、蓄放热时间等性能的影响;直接式相变蓄热系统重量轻,传热效率高,适合应用在移动式相变蓄热车中;梯级相变蓄热系统符合能量梯级利用理念,蓄放热效率高。在未来研究中,对导热增强填料的进一步改性、直接式相变蓄热系统、梯级相变蓄热系统及多种技术协同强化传热的作用机理和强化传热效果还有重要研究潜力与价值。     

分户式低谷电蓄热供暖系统的蓄放热特性

提出基于相变材料（PCM）的分户式低谷电蓄热供暖系统,通过数值模拟及实验研究对其蓄放热特性和供暖性能做出全面评价。采用Fluent对相变蓄热供暖系统的蓄放热过程进行了数值模拟,分析了不同入口风速、不同入口风温和不同种类蓄热材料等因素对蓄热供暖系统放热性能的影响,通过实验研究验证了模拟工况的正确性。结果表明,入口风速对系统放热性能的影响较大,随着入口风速的提高,系统平均出风温度降低,瞬时供暖负荷增大;入口风温对系统放热性能的影响微弱;复合相变材料（CPCM）由于具有更高的热导率,比纯十二水硫酸铝铵更加适合作为相变蓄热供暖系统的蓄热介质。本文设计和研究的分户式低谷电相变蓄热供暖系统具有良好的蓄放热能力,可为相变蓄热在低谷电利用场景作出有益参考。     

聚乙二醇/涤纶接枝共聚固-固相转变贮热材料

为了制备热稳定性好、蓄热性能优异的固-固相转变材料(PCM),研究采用化学法合成了聚乙二醇(PEG)/涤纶(PET)PCM。实验结果表明,PEG/PET PCM的热力学性能与PEG的分子量、PEG/PET质量配比以及不同交联体系有关。化学接枝法合成的PEG/PET PCM,最大相变焓可达112.02 J/g,热稳定性提高,热滞后性减小,PEG/PET PCM在众多领域具有广泛应用。     

多熔点相变材料堆积蓄热床蓄热性能分析

对采用多种不同熔点相变材料（PCM）构成的堆积蓄热床进行了数值分析。热水作为换热流体（HTF）自上而下流经蓄热床,熔化相变材料、蓄积相变潜热。石蜡作为相变材料被注射入聚碳酸酯球壳内形成相变胶囊,根据熔点高低依次排放在蓄热床的不同位置,熔点越高距离热水进口越近。假定流场稳定,采用一维Schumann模型计算HTF温度,相变模拟采用显热容法。分别对两种排列方式下采用2种、3种以及4种相变材料的蓄热床的蓄热过程进行了基于热力学第一及第二定律的性能分析,并将结果与单相变材料蓄热床进行比较。基于热力学第一定律分析结果表明,采用多种相变材料构成的蓄热堆积床蓄热速度更快,能量效率更高。基于热力学第二定律分析表明,平均熔点更高的蓄热床能够储存更高的火用。结果表明采用多熔点相变材料构成的堆积蓄热床能够显著地缩短蓄热时间,改进蓄热性能。     

相变控温技术在电子元器件热控中的研究进展

介绍了相变材料(PCM)的分类和电子散热用PCM的选择原则,以及相变控温技术的原理,综述了PCM在电子散热领域的应用、PCM热性能改进、相变散热装置设计以及相变散热数值分析的研究进展,展望指出了相变控温技术在电子元器件热控中应用研究的技术瓶颈和重点方向。     

硝酸钙与硝酸钠二元相变蓄热材料的制备与性能

相变蓄热技术是解决热能供需矛盾的有效手段。为了得到一种廉价的中温相变蓄热材料,该文将硝酸钙和硝酸钠按摩尔比从1∶9到9∶1配比出9个样本,通过同步热分析仪测试,发现3∶7为最佳比例。经过27次吸热放热循环,该配比的混合盐相变点和相变焓基本保持稳定,其融化潜热为135.8kJ/kg,熔点为217.4℃,且无明显的质量变化。并对该熔融盐的比热容和腐蚀性进行了测试。该混合盐腐蚀性小,与不锈钢和铝合金具有良好的相容性。通过和相变蓄热能力相当的solar salt进行比较,发现其成本只有后者的一半左右,说明该配比的混合盐性价比高,在相变蓄热具有良好的应用前景。     

石蜡类复合定形相变材料的制备研究

复合定形相变储能材料(PCM)是一种新型的环保节能材料,具有重要意义.本文探讨了利用机械搅拌制备复合定形PCM的新方法,并与传统蜜炼法制备的复合定形PCM在热性能上进行比较和分析,发现该法制备的复合定形PCM储热值增高,贮热物质的渗漏性减小,而且工艺简单,成本降低,在北方冬季采暖的暖通系统中具有可观的应用前景.     

夏热冬冷地区相变屋面最佳相变温度的实验研究

将相变材料（phase change material,PCM）应用到夏热冬冷地区的建筑屋顶中可以有效降低屋面内表面的温度，而PCM的相变温度影响着PCM吸热和放热的起始点，所以PCM相变温度的选择至关重要。为了寻找出适合夏热冬冷地区相变屋顶的最佳相变温度，本文以4℃为温度间隔，分别将癸酸（31℃）、70%月桂酸+30%肉豆蔻（35℃）、82%月桂酸+18%硬脂酸（39℃）、月桂酸（43℃）、十六醇（48℃）填充到铝箔袋中进行封装，再用玻璃纤维隔热板将他们分割成六块大小相同的小格子，将PCM屋面和高反射率涂料结合，形成新型的高反射率PCM屋面。对6种屋面的热防护性能进行了为期3天（8月16日～8月19日）的连续监测。结果表明：当相变温度为35～39℃时屋顶隔热效果最好，相变屋顶的最大减温率（MTR）、衰减系数（DF）降低率和时滞系数（TL）分别17.64℃、16.4%和167min。     

蓄热过程强化技术的应用研究进展

蓄热技术可以有效克服供能端与用户端在时间和空间上的不匹配问题,是提高能源利用率的重要手段之一,但是当前的蓄热技术存在蓄、放热速率较低等问题。鉴于此,本文综述了过程强化技术在蓄热中的应用。首先介绍了各类蓄热技术,包括显热蓄热、潜热蓄热以及热化学蓄热,并且从蓄热密度、蓄放热速率以及技术可行性上对各类蓄热技术的优缺点进行了比较;其后,重点回顾了代表性过程强化技术在蓄热系统中的应用,包括结构优化、材料改性以及梯级蓄热;通过分析可以看出,过程强化技术可以对蓄热过程中的传热传质进行强化,极大地提高蓄热系统的蓄放热效率。最后,本文就蓄热技术发展趋势进行了展望,蓄热系统将朝着紧凑、高效的方向发展;在未来的发展中,蓄热技术与能源互联网的结合是应用研究的重点之一。     

定热流边界下重力作用PCM熔化过程规律

为提升相变储热单元的相变材料（PCM）熔化速率,本文定义基于热源输入方向与重力方向的通用坐标,建立可视化实验装置与数学模型,探究定热流边界下夹角γ对方腔内PCM熔化的作用规律。结果表明,当夹角γ从0°增加到180°时,PCM熔化时间先增加后减少,最后轻微上升。当夹角γ为0°时,PCM以纯导热完成熔化;夹角为15°时,对应的熔化时间最长,相对纯导热过程增加了40.32%;夹角为120°时,对应的熔化时间最短,相对纯导热过程减少了63.11%。当夹角较小时,自然对流对PCM的整体熔化过程有抑制作用,只有在夹角大于一定数值时,自然对流才能促进PCM的熔化过程。此外,多工况下获取的最优夹角γ均在90°~180°,且相对更趋近90°。所以在实际工程应用中,规整相变储热单元的热源端最低点应该低于PCM端最低点。     

相变储热材料研究进展

介绍了相变储热材料的种类和特点 ,讨论了固 -液相变、固 -固相变蓄热材料的性能和应用 ,并总结了目前相变材料应用上的缺陷及解决方法。     

微胶囊相变材料的研究进展

微胶囊相变材料是将微胶囊技术应用到相变材料中而形成的新型功能材料,因其独特的功能而成为近年来材料研究的热点。综述了目前较为常见的几种微胶囊相变材料体系及其制备方法,发现界面聚合法、原位聚合法、复凝聚法和喷雾干燥法是常用的制备方法,电镀法和溶胶-凝胶法也得到一定的研究和应用,最后介绍了微胶囊相变材料在各个领域的具体应用。     

(准)共晶系相变储能材料的研究进展

节能技术的发展是当今非常现实的问题，这些技术的发展方向之一是各行业的热能储存。相变储能材料由于其较大的潜热和恒温性，被广泛应用于潜热储能系统和热管理系统中。然而，单一相变材料的相变温度和潜热比较固定，难以同时满足多种储能应用对各种潜热、相变温度等性质的要求。因此，人们开展了关于二元或多元共晶相变体系的研究。本文介绍了近年来国内外（准）共晶相变储能材料及其复合材料的研究进展，探讨了（准）共晶相变储能材料的理论设计机理，指出了（准）共晶相变储能材料存在的不同问题并提出建议，最后指出了（准）共晶系相变储能材料在实际应用领域的局限，提出未来在寻找新型相变储能材料，建立传热理论模型，对（准）共晶系复合相变储能材料的力学性能、耐老化性能、储能密度低和高温条件下的耐久性差等方面需要进一步探索。     

硬脂酸/活化凹凸棒石复合相变储热材料的制备与表征

以热活化的甘肃临泽凹凸棒石为基体,采用热熔法和浸渍法制备了硬脂酸/活化凹凸棒石复合相变储热材料。利用红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等方法表征了复合材料的结构,采用示差量热扫描仪(DSC)和储放热实验考察了复合材料的储/放性能和稳定性。结果表明采用热熔法和溶液浸渍法制备的材料具有相同的结构,硬脂酸按38.5%的负载率以物理作用吸附于活化凹凸棒石表面,其相应的相变焓分别为68.44 J/g和69.06 J/g。稳定性实验表明2种材料均具有良好的化学稳定性,但热稳定性存在差异,热熔法制备的复合材料的热稳定性优于浸渍法制备的复合材料。     

Preparation and properties of novel ceramic composites based on microencapsulated phase change materials (MEPCMs) with high thermal stability

Ceramic composites are widely used in medium/high temperature thermal energy storage (TES) and catalysis. Due to the high latent heat of phase change materials (PCMs), it is an effective method to improve the TES capacity by combining PCMs with ceramic materials. However, PCMs are easy to leak after being heated, so they need to be microencapsulated. Furthermore, for porous ceramic catalytic composites, the leakage of PCMs will block the pores, which seriously hinders their application. In this paper, a novel microencapsulated phase change material (MEPCM) with thermal expansion void was prepared using “double-layer coating, sacrificing inner layer” method. Based on that, two kinds of ceramic composites have been prepared. One is a TES material which composed of alumina, glass frit (GF) and MEPCMs. Thermal analysis results showed that the composite can still maintain stable heat storage performance after 200 melting-solidification cycles with little latent heat loss. Another is a multifunctional porous composite phase change material (CPCM) by loading Ce and Mn as catalyst via solution combustion synthesis (SCS) method, which can be used in low temperature SCR catalysis and other catalytic fields (100–300 °C). Based on MEPCMs with thermal expansion void, the two ceramic composites show great potential in energy storage and catalysis.     

Synthesis and characterization of a novel solid–solid phase change luminescence material

Because of the large energy storage and small temperature variation during the phase change process, phase change materials (PCMs) are attracting increasing attention. In this study, a novel solid–solid PCM was prepared by coordinating rare earth Eu³⁺ ions to the carboxylate groups of a poly(ethylene glycol) (PEG) modified with two terephthalic acid groups. The structure and properties of the material were characterized using ¹H NMR, differential scanning calorimetry, infrared spectroscopy, gel permeation chromatograph and fluorescence spectroscopy. The coordination of Eu³⁺ with the double‐carboxylated PEG material significantly improved both the enthalpy value of the phase change material and its light‐emitting properties. This paper describes the facile synthesis and characterization of a novel phase exchange luminescent Eu–PEG material. The light‐emitting characterizations show that this modified PEG material has both good phase change properties and excellent luminescent properties. Copyright © 2010 Society of Chemical Industry     

MUF/石蜡相变储能材料的制备及其表征

以液体石蜡为囊芯材料,三聚氰胺尿素甲醛树脂(MUF)为囊壁材料,采用原位聚合法制备MUF/石蜡微胶囊,探讨了反应温度和搅拌速度对MUF/石蜡微胶囊的影响。随着反应温度增高,微胶囊囊壁厚度增大,调节微胶囊搅拌速度可以控制微胶囊粒径。采用光学显微镜观察了微胶囊的形成过程,采用扫描电子显微镜和红外光谱表征了微胶囊表面形貌与化学结构,采用DSC分析其储热性能特征,结果表明MUF/石蜡微胶囊强度好,封闭性能好,储能性能好,可以作为相变储能材料进行应用研究。     

Preparation and characterization of PEG/MDI/PVA copolymer as solid–solid phase change heat storage material

In this article, a novel solid–solid phase change heat storage material was synthesized via a two‐step condensation reaction of high molecular weight poly(ethylene glycol) (PEG4000) with poly(vinyl alcohol) (PVA) and 4,4′‐diphenylmethane diisocyanate (MDI). To characterize the resulting product in comparison with pristine PEG4000, Fourier transform infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry, thermogravimetric analyses, and polarization optical microscopy measurements were employed to investigate functionality, thermal properties, and crystalline behavior. The results indicated that the crosslinking phase change material showed typical solid–solid phase transition properties, and its phase change enthalpy reached 72.8 kJ/kg. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2009     

Novel biodegradable form stable phase change materials: Blends of poly(ethylene oxide) and gelatinized potato starch

Novel biodegradable form stable phase change materials were obtained in a process involving potato starch gelatinization in water/poly(ethylene oxide) (PEO) solution. DSC and microscopic investigations revealed that the presence of the starch considerably changes PEO phase transition behavior–in the blends solid–solid phase transition for PEO/starch 1 : 3 and 1 : 1 w/w has been observed; for PEO/starch blend 3 : 1 w/w solid–solid phase transition with a partial melting of PEO unbounded through hydrogen bonds with starch has been detected. The heat of phase transition depends on the strength of hydrogen bonds between PEO and starch. The intermolecular interactions were evidenced by FTIR analysis, which showed considerably shift of the stretching vibration bands of both the O? H group (proton‐donor group) from starch and PEO. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2010