相变蓄热复合传热强化技术综述北大核心CSCD

相变材料(PCM)通过在相变过程中吸热或放热实现热能的存储与释放。相变材料在热能存储和热管理领域凭借其相变区间温度稳定、储能密度大受到了广泛认可。然而,相变材料普遍存在热导率低的问题,需要结合传热强化技术进行改善。在采用某一种强化技术的基础上,两种或多种传热强化技术相组合的“复合强化技术”成为目前传热强化与相变蓄热性能改善的研究热点。本文通过对相关文献的分析,综述了目前复合传热强化技术的研究进展,包括以翅片为基础,分别结合热管、纳米颗粒、多孔材料和梯级蓄热,以及多孔材料结合热管、纳米材料和梯级蓄热等多种复合方式。分析表明:通过将热管与翅片或多孔材料混合使用,可以达到传热强化最佳效果;纳米颗粒与翅片或多孔材料的混合使用比同等条件下单独使用纳米颗粒更有效;采用梯级蓄热与翅片或多孔材料相结合相较于单独采用梯级蓄热具有更快的蓄/放热速率和更加均匀的换热流体出口温度。建议对其他可能的复合传热增强技术进行深入研究,并通过实验验证、优化蓄热系统的结构设计和具体参数探讨对蓄热性能的影响。     

相变蓄冷装置内传热及相变特性研究

建立了三种不同蓄冷球球径堆叠方式的相变蓄冷装置模型,对其进行了数值模拟以研究其内部传热及相变特性。结果表明：随着流速的提高、蓄冷球直径的减小,蓄冷结束后三种方案中装置内蓄冷球的凝固率提升显著;双球径方案与单球径方案装置内蓄冷球凝固率随时间变化的规律在蓄冷过程初段相类似,但两方案中相同球径部分蓄冷球相变结束,双球径方案中发生相变的蓄冷球由大直径转变为小直径时,其凝固率随时间变化的速度逐渐超过单球径方案。该研究可为相变蓄冷装置的实际设计及性能优化提供参考     

基于有限时间热力学的相变蓄放冷特性分析与研究

相变蓄冷技术可以有效解决能源转换与存储问题。但相变材料具有导热性能差,传热不均匀等问题。引入有限时间热力学概念,建立更为实际的蓄冷系统数学模型,对相变蓄冷系统进行热力学优化。通过解析计算,得出蓄冷系统高低温热源与蓄放冷时间的关系式。对比理想状态下与添加不可逆热损耗时蓄冷系统的功率与效率,为相变蓄冷技术的应用提供了理论基础与指导。     

氧化石墨烯脉动热管传热性能实验研究

通过实验研究以氧化石墨烯分散液为工质的脉动热管的传热性能。实验采用1mg/m L的氧化石墨烯分散液,所得结果与以去离子水为工质的脉动热管传热性能进行比较发现:氧化石墨烯对以去离子水为工质的脉动热管传热性能具有强化作用,但是和脉动热管的加热功率密切相关。在加热功率低于20 W时,氧化石墨烯对脉动热管的强化作用较弱;当加热功率在30~60 W时,氧化石墨烯对脉动热管的强化作用较强,在3.71%~11.33%之间,且强化作用随加热功率的增大呈逐渐增强趋势;但随着功率继续增大,氧化石墨烯的强化作用逐渐减弱,当加热功率达到80 W后,热管传热性能减弱,原因可能是氧化石墨烯颗粒出现了沉降现象。     

双层相变材料组合式蓄冷装置的性能研究CSCD

实验测试了两种相变温度分别为-5.4℃和-9.6℃、相变焓分别为132 kJ/kg和173 kJ/kg的十三烷和十二烷在不同组合模式下对蓄冷装置温度变化的影响。结果表明,十三烷在外层、十二烷在内层的组合模式,尽管总相变潜热在所有组合中仅排第三,但蓄冷装置将内壁温度控制在0℃以下的时间最长,与双层同为十二烷的工况相同,高于双层同为十三烷及十三烷在内十二烷在外层的模式。相变温度更高的材料在外层,可以降低环境热量传递至蓄冷装置内部的速率,延长蓄冷时间,有利于提高蓄冷装置的性能。     

蓄冷平板相变换热器凝固传热特性研究

本文建立了蓄冷平板相变换热器中蓄冷平板单体凝固过程变化规律的数理模型,并用一种简便方法求解了凝固过程非稳态移动界面传热问题,获得了有关传热速率,界面移动,载冷剂出口温度的变化规律,讨论了蓄冷平板相变换热器的传热特性。     

氧化石墨烯对脉动热管传热性能的影响

实验选用外径为4mm、内径为2mm的铜质脉动热管研究了氧化石墨烯对以去离子水和体积分数为50%的乙醇溶液为工质的脉动热管传热性能的影响。实验分别采用加有少量氧化石墨烯的去离子水溶液(简称氧化石墨烯水溶液)和体积分数为50%的乙醇溶液(简称氧化石墨烯乙醇溶液),氧化石墨烯质量分数均为0.03%。实验发现：氧化石墨烯对以去离子水为工质的脉动热管传热性能具有强化作用,对以体积分数为50%的乙醇溶液为工质的脉动热管传热性能的影响较差,但都和脉动热管的加热功率密切相关。对于以去离子水为工质的脉动热管,在加热功率低于20W时,氧化石墨烯对脉动热管的强化作用较弱；当加热功率在30～60W之间时,氧化石墨烯对脉动热管的强化作用较强,在3.71～11.33%之间,且强化作用随加热功率的增大呈逐渐增强趋势；但随着功率继续增大,氧化石墨烯的强化作用逐渐减弱,当加热功率达到80W后,热管传热性能减弱,原因可能是氧化石墨烯颗粒出现了沉降现象。     

水平管壳式相变蓄热装置的强化传热研究

基于焓法模型对水平管壳式相变蓄热装置热性能的增强进行研究,首先分析蓄热过程中传统管壳式装置内材料的传热及流动机理;然后引入椭圆元素并对比椭圆内管及外壳的强化传热效果;最后对热源温度、相变材料导热系数及初始温度对装置热性能的作用规律进行探讨。结果显示,椭圆外壳的强化传热效果优于内管,同等条件下,长短轴之比为2的椭圆外壳可使蓄热时间缩短53.5%。热源温度升高,椭圆外壳的强化传热效果进一步增强,相变材料的导热系数及初始温度对装置热性能的影响较小。     

空调蓄冷材料及蓄冷球内非固定融化问题的研究

通过实验方法研究了空调蓄冷材料的相变温度、相变潜热和比热等热学性能。并对该种蓄冷材料制成的蓄冷球进行了释冷特性的研究,探讨了蓄冷球内固液密度差引起的固态物上浮对蓄冷球融化释冷的影响,得到了融化率随时间的变化关系。结果表明:该蓄冷材料融解热为149.4kJ/kg,相变温度为7.9℃,该相变材料可作为空调蓄冷材料,蓄冷球的直径及固液密度差对融化释冷特性有较大影响。     

脉动热管流型的电容层析成像识别及热管换热特性

结合高速摄像和电容层析成像技术,对脉动热管进行了可视化测量研究.从流型和流向两方面分析了脉动热管的运行机理和传热特性.根据受力分析对脉动热管的结构进行了改进.结果表明:脉动热管存在3种不同流型,即塞状流、环状流以及两者共存的混合流,其对应的影响因素、运行特性与传热强度也不同;从流动方向来看,脉动热管内工质的流动可分为脉动流和循环流;对脉动热管的改进说明改变脉动热管流道的对称性和均衡性有利于循环流的形成和维持.     

芒硝/蛭石复合材料蓄冷-释冷性能研究

采用真空浸渍法制备了芒硝/膨胀蛭石（EV）复合蓄冷材料（CPCM），其中9wt%的氯化铵为相变温度调节剂，3wt%的硼砂(Borax)为成核剂；经筛选得到，EV与相变材料的最大负载质量比为1：6。制备的CPCM相变温度为16.2℃，潜冷蓄冷量为105.98kJ/kg，因为EV载体材料提高了比热容，使总蓄冷量达到120.68kJ/kg。芒硝基相变材料(PCM)与CPCM因EV的负载导热系数有所提升，并有效改善了无机盐类相变材料所产生的相分离问题。搭建循环测试装置，确定了CPCM的最优工况，并对CPCM进行100次融化-凝固循环，循环后对CPCM片层进行了SEM测试。结果表明，CPCM热性能稳定，片层无明显破裂，无相分离发生。复合相变蓄冷材料在24℃进口温度时释冷效果明显。故所制备的复合蓄冷材料CPCM适用于空调冷能储存，提高用冷经济性。     

RT6/纳米铝相变蓄冷材料的热物性研究

石蜡类相变材料RT6相变潜热高,相变温度低,化学性质稳定,但其具有导热系数低,蓄能时间长的缺点,固采用纳米粒子强化换热。通过粒度观测法选取分散稳定性较好的纳米Al粒子制备纳米相变材料,实验分析强化后的相变过程、纳米流体石蜡/纳米铝的导热性和相变特性。实验结果表明,复合材料稳定性好,相变温度基本不变为4～8℃,相变焓值略有下降,但导热系数明显提高,可以作为蓄冷系统的新型蓄冷材料广泛应用。     

热管式吸热器单元热管传热的数值模拟分析

热管式吸热器的热性能分析对吸热器设计有着重要意义，但由于其相变过程与热管传热的耦合作用十分复杂，至今仍是很少有人深入研究的领域。本文基于焓法建立单元热管耦合传热的物理和数学模型，模拟计算了热管壁温、蓄热容器壁温、循环工质出口温度及相变材料熔化率等参数，并与基本型吸热器进行比较，验证了热管吸热器明显改善了温度分布的均匀性和相变材料的熔化率。     

下冷式脉动热管太阳能集热器传热性能实验研究

实验研究和分析了一种新型下冷式脉动热管太阳能集热器的传热特性。与传统太阳能集热器相比,下冷式脉动热管太阳能集热器水箱位于底部,真空玻璃管不盛水并嵌于水箱上,脉动热管作为传热元件,一部分置于真空玻璃管内,另一部分封于水箱中。实验过程中通过调整脉动热管冷热段间的比例,研究不同情况下集热器启动、运行特性及传热性能。结果表明,在集热器倾角为70°、脉动热管充液率为55%的情况下,脉动热管的当量导热系数随冷热段比例的减小而先升后降;当冷热段比例为47%时,脉动热管的启动温度最低、传热性能最优。     

风力致热系统中贮热装置性能的实验研究

介绍了贮热装置的主要相变材料（５２＃精石蜡）和主要传热元件（重力式热管），讨论了这种贮热装置总贮热量和换热能力的实验测试，探讨了贮热室相变材料的温度对贮热效率的影响。     

基于相变材料的储热器及其传热强化研究进展北大核心CSCD

相变储热是具有广阔应用前景的储能技术之一,具有储热密度大、相变温度稳定等优点,但相变材料的热导率低制约了相变储热技术的发展。提升相变材料的热导率和储热器件的传热速率是有效的解决途径。针对相变材料热导率强化研究进展有大量综述,而对于储热器件层面的传热强化的总结较少,本文回顾了近10年国内外在储热器及其传热强化研究方面的进展。为适应不同应用需求,不同类型的相变储热器应运而生,根据储热器的工作模式和结构可以分为管壳式、填充床式、板式、热管式4类,本文系统地介绍了4类储热器的工作原理、优缺点以及强化传热研究,主要比较了结构优化后的储热器与传统储热器的传热速率和储/放热性能,结果指出对储热器的内部结构进行改进及拓展外部结构等方法能有效增加储热容量和储/放热速率,对于提高系统相变储热能力具有积极作用,分析表明后续的研究应该明晰储热器内部多相耦合传热机制,增强储热器对动态工况适应能力,拓宽应用范围。     

相变材料和隔热材料降低顶层房间空调能耗效果之比较分析

针对合肥地区顶层房间,建立了在屋顶内外侧分别加装相变材料或隔热材料的房间的非稳态传热模型,比较分析了两种材料降低空调能耗的效果.研究发现:无论空调运行于恒温模式还是蓄冷模式,相变材料均未能完成一次凝固、熔解循环过程,相变材料利用率低,降低房间空调能耗的效果较隔热材料差;结合峰谷电价政策,房间空调蓄冷模式下日运行费用较小;综合考虑相变材料和隔热材料的节能性和经济性,选择隔热材料更为合理;在屋顶外侧加装隔热材料可使空调耗电量最大降幅为27.2%,空调日运行费用减少28.9%.     

脉动热管应用技术研究进展

脉动热管作为一种高效的被动式传热装置,在制冷、航空航天、余热回收、低品位能源利用等领域具有很大的应用潜力。本文在分析国内外大量研究成果的基础上,总结归纳了脉动热管的工作原理和影响因素,综述了脉动热管技术的应用现状,对脉动热管大规模应用所亟需解决的关键科学技术问题进行了分析。     

振荡流热管自激强化传热的可行性分析

围绕自激振荡流热管的工作特性,联系目前国内外纳米流体及非均匀截面结构在强化传热研究方面的最新进展,分析了在自激振荡流热管内的复杂相变换热条件下,通过采用纳米流体工质与非均匀管截面以实现振荡流热管自激强化传热的可行性,并提出了纳米流体的浓度、相容性、充液率以及管截面结构等需要解决的关键性技术问题。为下一步有针对性的强化传热实验研究和新型自激振荡流热管换热器的设计与开发提供了必要的理论依据。     

基于场协同原理的异型管强化石蜡蓄放热性能分析

将1.5%石墨烯/石蜡复合相变材料填充到内管形状不同、换热面积相同的套管换热器内,采用数值模拟的方法分析内管形状对石蜡类复合相变材料蓄放热性能的影响。结果表明,异型管能有效提升石蜡复合相变材料的熔化及凝固速率,滴型管外石蜡复合相变材料的熔化速率比椭圆管及圆管分别提高53%、62%,滴型管外石蜡复合相变材料的凝固速率比椭圆管及圆管分别提高6.7%、9.8%。基于场协同原理分析异型管的强化石蜡类复合相变材料的传热机理,由于滴型管能使石蜡类复合相变材料在相变过程中温度场与速度场协同性更高,因此能更有效地提升其相变速率。