赤藻糖醇基相变材料热性能的实验研究

以赤藻糖醇为相变材料基液,分别添加不同质量分数的C和ZnO,通过两步法制备赤藻糖醇基相变材料,并分析了超声和纳米颗粒对赤藻糖醇基相变材料稳定性的影响。结果表明,纳米流体稳定性随着超声功率的增大先增强后变弱,C/赤藻糖醇纳米流体稳定性最大改善1. 81%,ZnO/赤藻糖醇纳米流体稳定性最大改善19. 21%; C/赤藻糖醇纳米流体的稳定性随着超声时间的增大先增强后变弱,最大可改善1. 67%,超声时间对于ZnO/赤藻糖醇纳米流体的稳定性改善有着抑制作用。功率/时间-浓度-总体吸光度关系曲线均符合四次多项式形式。在融化后期,较高浓度的纳米颗粒会抑制融化的进程。     

纳米颗粒对赤藻糖醇/甘露糖醇稳定性影响的实验研究

以赤藻糖醇/甘露糖醇为相变材料,研究了6种不同纳米颗粒对其稳定性的影响,并与纯赤藻糖醇的稳定性进行比较。结果表明,氮化硼和二氧化硅表现出较好的稳定性,其中添加氮化硼的材料稳定性最大提升了11.96%,添加二氧化硅的材料稳定性最大提升了61.38%。     

赤藻糖醇/甘露醇热性能实验研究

以赤藻糖醇/甘露醇为相变材料基液,通过熔融共混两步法制备纳米二氧化钛-赤藻糖醇/甘露醇复合相变材料,探究纳米TiO₂质量分数、超声时间、超声功率等对复合相变材料传热特性的影响。结果表明,随着纳米TiO₂质量分数的增加,复合相变材料导热率逐渐增大,当质量分数为1.0%时,导热率提高24.1%,熔化时间最多可缩短63.3%;当仅以超声时间为变量时,最优熔化时间为1 h,熔化时间缩短58.0%;当仅考虑超声功率时,最优超声功率为100 W,熔化时间缩短53.4%。     

不同石墨填料对相变材料性能的影响

以石蜡为相变材料基液,分别添加不同体积分数的纳米石墨烯和纳米石墨烯片,通过两步法制备纳米颗粒复合相变材料,并进行了热性能参数测试和对比。搭建试验台测试复合相变材料的蓄放热过程并记录温度随时间变化曲线。结果表明,复合相变材料的相变潜热随着2种纳米颗粒的添加量增大而减小;对于导热为主导的凝固过程,复合相变材料的凝固速率相对于纯石蜡有提升作用,添加体积分数为1%的纳米石墨烯和纳米石墨烯片分别可提升8.7%和6.3%;对于融化过程,导热和对流共同作用决定融化速率是否被强化。     

改善相变材料微胶囊导热性能措施及其进展

相变材料微胶囊化较好地解决了传统单一相变材料的缺陷,但微胶囊相变材料具有较低的导热系数,导致储能系统在吸热或者放热过程中的有效热率极低,热量无法快速有效地进行储存和释放,较大地限制了相变微胶囊的应用。因此,提高相变微胶囊的导热系数成为了近年来的研究重点。主要在壁材中添加纳米材料、芯材中添加纳米材料、采用无机材料封装以及微胶囊表面金属化修饰等几个方面总结了在改善微胶囊相变材料导热性能方面的国内外研究状况。     

石墨烯增强复合相变储能材料的热学性能研究

以铁尾矿多孔陶瓷为载体,通过自发浸渗法成功制备出了添加石墨烯的复合相变储能材料,并对该材料热学性能及稳定性进行测试。结果表明:通过改变载体孔隙率,可以制得导热系数为0.41~0.59 W/(m·K)、潜热为69~120 kJ/kg、热学稳定性良好的导热增强复合相变储能材料。通过拟合,复合相变储能材料的导热系数与多孔载体的孔隙率呈线性关系,且经100次热循环后材料熔化潜热和导热系数分别降低了3.2%和16.7%。本研究为固废铁尾矿在蓄热、储能领域的应用提供了新思路。     

赤藻糖醇/甘露醇过冷特性分析

制备了以赤藻糖醇/甘露醇为基液的相变材料,期间通过添加纳米二氧化钛为相变材料的凝固提供了结晶附着力,促进晶体生长结晶的形成;通过超声波处理使得相变材料局部产生高温高压,促使晶核产生和生长。本文分析了材料制备过程中的纳米颗粒含量、超声时间、超声功率对赤藻糖醇/甘露醇过冷度和凝固过程的影响。实验结果表明,纳米颗粒含量的增加、超声时间的延长都会导致材料的过冷度降低,而随着超声功率的增加,过冷度则先降低后升高。纳米颗粒质量分数、超声时间、超声功率分别作为单一变量时,过冷度最低为11.3℃、16.2℃、10.8℃,对应凝固时间缩短最高为38.0%、18.4%、16.4%。     

相变材料强化传热研究进展

对国内外相变材料各种强化传热技术进行了综述与讨论,包括添加金属填料、添加石墨、胶囊封装、加肋片、添加碳纤维和组合相变材料等,展望了相变材料的发展趋势.指出能源的大量消耗使得储热技术的研究越来越重要.其中潜热储热是一种有效的储热系统,相变材料是潜热储热系统的重要组成部分,但是有些相变材料(尤其是一些有机相变材料)存在导热系数低的缺点.在节能越来越受到重视的今天,相变材料的强化传热已成为热点问题.     

赤藓糖醇相变储热材料研究进展

赤藓糖醇具有较高的相变焓、无毒以及优异的热稳定性，作为综合性能较好的中温相变储能材料被广泛研究。但是，赤藓糖醇在相变过程中存在易泄漏、过冷度大以及导热性能较差的缺点，导致其热能的利用效率不高，极大地限制了其作为储热材料的应用。本文综述了近年来在解决赤藓糖醇相变储热材料易泄漏、过冷度高和热导率低等问题的研究进展。赤藓糖醇定型复合相变储热材料的制备方法主要有共混压制法、静电纺丝法、微胶囊法及多孔材料吸附法等，可根据不同制备方法采取相应复合策略以达到对其封装定型、降低过冷度和提高热导率的目的。最后认为未来对赤藓糖醇复合相变储热材料的研究除了解决其本身存在的热性能问题，还需对其进行功能化，以拓展其应用前景。     

相变储能微胶囊壁材传热强化措施研究进展

从无机壁材（碳酸钙、二氧化钛）、无机碳材料（氧化石墨烯、碳纳米管、复合碳材料）改性、纳米材料（纳米氧化铝、纳米二氧化钛和其他纳米材料）改性等3个方面综述了相变储能微胶囊壁材增强热导率方面的研究进展,分析了各个方法的特点,为今后相变储能微胶囊导热增强的改性方向及措施提供了理论指导。     

Preparation of erythritol–graphite foam phase change composite with enhanced thermal conductivity for thermal energy storage applications

Three-dimensional interconnected graphite composite foam as a heat conductive matrix was fabricated by using low cost polymeric precursors and polyurethane (PU) foam as carbon source and sacrificial macroporous template, respectively. Erythritol–graphite foam as a stable composite phase change material (PCM) was obtained by incipient wetness impregnation method. The thermophysical properties such as thermal diffusivity, specific heat, thermal conductivity and latent heat of the erythritol–graphite composite foam were measured. From the results, it was found that the thermal conductivity of the erythritol–graphite composite foam (3.77 W/mK) was enhanced 5 times as compared with that of pristine erythritol (0.72 W/mK). This enhancement can significantly reduce the charging and discharging times of the PCM storage system. There is no chemical reaction between erythritol and graphite as confirmed by X-ray diffractometer (XRD). The PCM/foam composite has a melting point of 118 °C and latent heat of 251 J/g which corresponds to the mass percentage (75 wt.%) of the erythritol within the composite foam. The obtained results confirmed the feasibility of using erythritol–graphite foam as a new phase change composite for thermal energy storage (TES) applications, thus it can contribute to the efficient utilization and recovery of solar heat or industrial waste heat.     

Thermal characterization of erythritol/expanded graphite composites for high thermal storage capacity

Expanded graphites (EGs) with various interlayer distances were combined with molten erythritol and then erythritol/EG composites as phase change materials (PCMs) and the composites were prepared by a simple blending and impregnating method. The effects of the additives of various interlayer distances of EGs on thermal behaviors were investigated by a thermal equilibrium technique. The latent heat and thermal cycling stability were evaluated by DSC traces. The results revealed that both the thermal conductivity and latent heat increased with increasing EG interlayer distance. In particular, erythritol/EG composites having the largest EG interlayer distance showed thermal conductivity of 3.56 W/m K and a latent heat value of 90 mass% of pure erythritol. The thermal cycling tests were performed 5 times and the latent heat of the erythritol/EG composites were constant from the third cycle onwards, demonstrating excellent thermal cycling stability.     

基于纳米增强相变材料的铜-水热管传热性能分析

基于磁力搅拌和超声振荡处理工艺制备了含有不同质量分数纳米氧化铝颗粒的月桂酸固体悬浮液，并测试其热导率。利用相变材料与普通热管绝热段的耦合方式，通过测量不同加热模式下热管各部分的温度，对热管的性能进行分析。结果表明：月桂酸包裹在热管绝热段周围时，可有效降低蒸发段的温度。加入适量浓度的金属氧化物纳米颗粒后，其导热能力得到强化。热管的冷却性能随着月桂酸中氧化铝纳米颗粒浓度增长，先增长后降低，质量分数1.0%为最佳浓度。相比纯月桂酸与普通热管的耦合模块，加入1.0%的氧化铝颗粒可降低10%的蒸发段温度，降低60%的风机能耗，可在加热期间存储27%的热能。     

相变储热的传热强化技术研究进展

相变储热技术具有储热密度大、相变温度稳定以及过程容易控制等优点,具有广泛应用前景。相变储热技术在应用中需完成热能的储存与释放过程,其传热特性直接决定应用效果。储热技术的传热强化主要包括三个方面：一是相变材料本身的导热强化;二是潜热型功能热流体的对流传热强化;三是储热器的传热强化。本文综述了国内外在相变储热技术的传热强化研究方面的进展,主要介绍了膨胀石墨、泡沫金属等复合相变材料的导热强化,相变微胶囊及相变微、纳米乳液潜热型功能热流体传热强化以及管壳式储热器、板式储热器、螺旋盘管储热器等储热器的传热强化。文章指出,膨胀石墨基复合相变材料具有高热导率、大储热密度以及良好的定型特性,且价格低廉,极具应用前景。纳米乳液功能热流体具有表观比热容大、流阻较小等优势,但存在稳定性较差、过冷度大等问题。板式储热器具有较大的传热面积、较高的传热功率,适宜应用于相变材料传热系统。但应用背景不同,针对不同场景提供不同储热器的选型及指导值得作进一步的研究。     

硫酸钠水合盐相变蓄冷材料的制备及性能优化

针对空调系统应用场合,提出一种以十水硫酸钠（sodium sulfate decahydrate,SSD）为主材的相变蓄冷材料新型制备配方,并对材料的各方面性能加以优化。首先采用步冷曲线法确定成核剂比例,消除材料过冷现象,在此基础上研究分析了不同种类、含量的增稠剂[聚丙烯酸钠（PAAS）、聚丙烯酰胺（PAM）、羧甲基纤维素（CMC）、聚阴离子纤维素（PAC）、黄原胶（XG）]对材料相分离及相变潜热的影响,接着加入熔点控制剂氯化铵、氯化钾改变十水硫酸钠的相变温度,调配出满足空调温区的相变材料,最后加入膨胀石墨（expanded graphite,EG）进一步改善材料的导热性和稳定性,并进行了热循环测试。结果表明：添加质量分数3%的硼砂对降低材料过冷度效果最佳;添加质量分数1.0%~2.0%的PAAS可以消除材料的相分离现象,且对材料的相变潜热影响较小。SSD-BPA∶EG质量比为93∶7时材料具有较高的导热性和形状稳定性。经优化后复合相变蓄冷材料的相变温度为7.4℃,相变潜热为117.4J/g,热导率为1.876W/(m·K),经200次循环后材料的相变温度保持稳定,潜热衰减率为14.05%。     

圆柱系统中石蜡/纳米银复合相变材料热特性分析

相变材料由于具有相变潜热,被应用于各领域的热管理。锂离子动力电池作为一种新能源,近年来广泛应用于电动汽车,相变冷却作为一种有效的被动冷却方式,能够有效减缓锂电池的热聚集。为将相变材料应用于减缓锂电池热失控,本工作建立了石蜡/纳米银复合相变材料(CPCM)的圆柱系统,使用相变模型及流体体积(VOF)模型研究了相变材料的融化过程,得到了初始时期空气/石蜡气液交界面的变化以及石蜡的液相分布,与实验结果具有很好的一致性。在此基础上分析了相变过程的吸热及储热情况。同时,针对不同质量分数的石蜡/纳米银复合相变材料进行模拟,结果表明,添加0.5wt%~2wt%的纳米银颗粒能够改善石蜡的导热性能,但潜热会有所降低。相变结束后,材料吸收的热量将转化为显热,底面传热减小,主要是通过壁面传热。另外分析了融化过程中液相的流动情况,相变材料液态层增厚,Nu数下降并趋于稳定,增加纳米银浓度也会降低Nu数。     

纳米材料/十四酸混合相变蓄热材料的制备与特性

选用纳米金属Cu和碳素材料石墨烯纳米片（GnPs）为改性剂分别添加至十四酸（MA）中,制备出Cu质量分数为1%、2%、3%和4%的Cu/MA混合相变蓄热材料及GnPs质量分数为1%、2%和3%的GnPs/MA混合相变蓄热材料,并对混合相变材料性能进行表征。结果表明：Cu/MA固态和液态热导率随Cu质量分数增加呈线性提高,1%（质量）GnPs/MA固态热导率较纯MA显著提高101.51%,随GnPs质量分数增加,热导率增幅减缓;FT-IR谱图表明Cu与MA及GnPs与MA间的混合均为物理作用;DSC结果显示添加Cu或GnPs可降低MA的过冷度和相变潜热,且随质量分数增加,相变潜热逐渐降低;4%（质量）Cu/MA和3%（质量）GnPs/MA放热时间相比于纯MA分别减少了23.4%和38.7%;4%（质量）Cu/MA和3%（质量）GnPs/MA在经历300次快速热循环试验后,晶体结构和相变温度基本保持不变,相变潜热分别降至168 J·g^-1和181 J·g^-1左右,仍满足蓄放热要求,两种材料均具有良好的热循环稳定性。     

温室用Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O复合定形相变材料制备及性能

十水硫酸钠因过冷度、相分离、相变温度过高和液相泄漏等问题,限制了其在日光温室中的应用,所以需要对其进行改性研究。本文通过添加十二水磷酸氢二钠改善过冷度、氯化钾降低相变温度以及树脂作基体解决相分离和液相泄漏,制备出了Na₂SO₄·10H₂O+80% Na₂HPO₄·12H₂O+6% KCl+6%树脂（质量分数,余同）的复合定形相变材料,并进行了升降温、差示扫描量热仪（DSC）和循环稳定性的测试。结果表明：添加80%十二水磷酸氢二钠,其过冷度和相变潜热分别为1.35℃和268.7J/g;再添加6% KCl可以使相变温度达到温室所需温度23.89℃,且潜热为183.25J/g;最后加入6%树脂可以抑制相变材料的相分离和液相泄漏等问题,其凝固温度为11.56℃,熔化温度为22.61℃,过冷度为1.41℃,相变潜热为143.6J/g。复合定形相变材料在加热到50℃时,没有液相泄漏产生;经过100次循环,其潜热降为127.8J/g,比循环1次衰减了11.2%。得到的复合定形相变材料具有潜热值较大、相变温度合适、热稳定性较好等优点,适合应用于日光温室领域。     

Na2HPO4?12H2O相变储能复合材料制备及热物性

十二水磷酸氢二钠的过冷度、相分离以及热导率低等问题影响了其在低温蓄热场合的应用,因此需要对其进行相关的改性研究。本文通过成核剂和增稠剂的筛选实验及添加导热增强剂纳米氧化铁（α-Fe₂O₃）,制备了质量分数为Na₂HPO₄·12H₂O+2% Na₄P₂O₇·10H₂O+1%黄原胶（GX）+0.2%α-Fe₂O₃复合相变储能材料,并对其进行了凝固放热测试、热物性测试及循环稳定性测试。结果表明：2%的Na₄P₂O₇·10H₂O抑制过冷效果最好,成核效果不随循环次数的增加而减小,过冷度维持在2℃左右;GX可以有效抑制Na₂HPO₄·12H₂O的相分离现象,且质量分数为0.75%～1.25%是较合适的剂量;α-Fe₂O₃可以有效地提高Na₂HPO₄·12H₂O的热导率,添加0.2%α-Fe₂O₃使热导率提高了90.8%;循环150次后,复合相变储能材料的相变潜热值为252J/g,相比于循环前衰减了7.4%,相变温度为35.4℃,过冷度为1.3℃,热导率为2.054W/(m·K),相比纯材料提高了100.2%。改性后的复合相变储能材料相变温度适宜,潜热值大,热导率高,热性能稳定,可推广应用到热泵蓄热、温室生产和电子器件散热等领域。