有机相变储热复合材料的储/放热性能研究

以高孔隙率泡沫石墨材料作为骨架在真空环境下吸附石蜡,制备而成新型有机相变储热复合材料。利用HotDisk热常数分析仪和差示扫描量热仪(DSC)研究了其热性能,结果证明复合材料的导热能力得到了极大强化。对分别填充了复合材料和纯石蜡的以水作为热媒的储热槽进行了实验研究,重点考察了两者在储热和放热过程中的温度均匀性、储能速率及泡沫石墨对石蜡相变的影响,同时就泡沫石墨的孔隙率大小对复合材料导热性能和储能速率的影响规律进行了对比分析。研究表明,复合材料的相变温度区间基本不变,导热性能提高了21倍,相变时间缩短了56%以上,相变界面移动加快,储热槽的储热、放热性能和储能密度有了很大提高;不同孔隙率会影响复合材料的导热系数、储能速率和储能容量,在提高储能速率和保证储能容量两者之间,选择孔隙率为91%的泡沫石墨作为复合材料骨架应是一最佳值。     

铝泡沫和石墨泡沫强化石蜡相变传热的数值模拟

针对有机相变材料石蜡导热系数低的问题,通过添加多孔介质的方法以强化石蜡相变传热,并运用CFD软件对石蜡相变传热系统进行二维数值模拟.模拟结果表明:铝泡沫和石墨泡沫都能有效提高相变材料传热速率,铝泡沫的强化传热效果明显高于石墨泡沫的传热效果.随着孔隙率减小,多孔介质/石蜡复合材料的有效导热系数增大,传热速率加快,凝固需要的时间缩短.并且,孔隙率越小,经过相同凝固时间,装置内对应点温度越低.     

泡沫金属相变材料凝固传热过程的数值分析

利用计算流体力学软件FLUENT凝固/熔化模型,对填充以及未填充泡沫金属的2种相变材料蓄热球的相变传热过程进行数值模拟研究,得到了在第1类边界条件下蓄热球放热过程中的温度场分布、相界面移动规律。研究结果,表明与单纯填充相变材料的蓄热球相比,填充泡沫金属的相变材料蓄热球可以有效减少其放热时间,提高蓄热系统的放热速率。     

翅片管式相变储能换热器蓄放热性能的数值研究

针对目前换热器热量利用率不高、换热效率低的问题,提出一种翅片管式相变储能换热器。建立翅片管式相变储能换热器的二维传热模型,采用ANSYS软件对翅片管外相变材料的熔化和凝固过程进行数值模拟,分析不同翅片参数对相变熔化和凝固时间的影响,得出蓄放热阶段的传热规律。结果表明:在蓄热阶段,相变材料在同一高度优先在靠近换热管管壁处开始相变;在同一垂直面上,自上而下熔化。在放热阶段初期,相变区域对流作用较明显,相界线弯曲程度较大;后期时,对流换热作用逐渐减弱,固液相界线趋于平直。翅片的导热系数、厚度、间距的变化会影响相变材料熔化和凝固的时间,其中翅片间距起主要作用。     

相变储能水箱蓄放热性能多因素模拟分析

目的研究多种影响因素下的相变储能水箱蓄放热性能,优化相变储能水箱设计参数.方法以CFD软件为平台,从4个方面模拟了11组相变储能水箱的蓄放热情况,确定最优的相变储能水箱设计参数.结果模拟结果表明,采用直径30 mm相变封装单元的水箱蓄放热速度比采用40 mm和50 mm相变封装单元的水箱更快.放热阶段应在满足供热需求的前提下选取较小的水箱进水流速.相变材料(PCM)的导热系数提高0.1 W/(m·K),节省了近50%的蓄放热时间.相变封装单元交错排列时相变储能水箱蓄放热效果好于顺序排列.最后选取最优的设计参数进行模拟,模拟结果显示放热时水箱出水被加热2℃以上的时间为1.45 h,占总放热时间的63%.结论笔者分析得出的结果将为实际相变储能水箱的设计提供参考,有利于提高相变储能水箱的蓄放热性能.     

基于相变材料—泡沫铜—翅片复合结构的锂离子电池热特性研究

通过在相变材料(PCM)中添加高孔隙率的泡沫金属与翅片形成复合结构,对18650仿形电池进行热特性实验研究.实验发现,纯石蜡传热根据电池温升分3个阶段,并通过可视化装置对相变关键点进行验证.添加泡沫金属可提高系统整体热导率,但会抑制液体石蜡的对流换热,导致温度平台消失.泡沫铜—翅片复合结构增强了电池与PCM之间的换热,且在高功率下系统表现出更好的热特性.此外,建立单温度模型进行数值验证,仿真结果与实验数据基本符合.     

基于LBM研究骨架对相变材料融化蓄热的影响

相变储能材料的导热系数低已成为限制其应用的主要问题,在相变材料中添加高导热的固体骨架是解决这一问题行之有效的方法。文章采用三周期极小曲面方法生成固体骨架及描述糊状区的两区域模型,基于格子玻尔兹曼方法(LBM),从孔隙尺度分析了相变材料内填充高导热系数的固体骨架固液相变融化蓄热的变化规律。结果表明:生成的骨架能有效地预测复合相变材料的融化蓄热过程;相变材料的融化蓄热速率与其自然对流强度和有效导热系数有关,对于纯相变材料的融化过程,无量纲参数瑞利数越大自然对流越强,其融化速率越快;当骨架和相变材料导热系数比为10、50、100条件下,融化时间分别缩短了12%、28%、31%;多孔介质骨架孔隙率越低,复合相变材料的有效导热系数就越高,其融化蓄热速率也越高。     

石蜡基复合相变储能材料的研究进展

石蜡类有机物用做相变储能材料具有相变焓高、相变温度范围广、价格低等优点,但其较低的导热系数限制了吸／放能效率的提升。添加高导热物质合成复合相变材料,用以强化石蜡类有机相变材料传热能力是非常有前景的研究方向。评述了多种石蜡基复合相变材料的合成方法及热学性能,并展望了石蜡基复合相变材料的发展趋势。     

硬脂酸甘油酯/泡沫金属相变材料储热性能

利用真空熔融浸渍法制备单硬脂酸甘油酯(GMS)/泡沫金属复合相变材料,并利用纳米石墨片(GnPs)进行改性实验,研究改性后的性能;对复合相变材料进行导热率、SEM、XRD、DSC测试。结果表明,复合相变材料制备过程中无反应,有较好的相容性;有机物较好地吸附在泡沫金属骨架上,经GnPs改性后,在金属孔隙中形成纳米级的层状褶皱结构,提高了吸附性和热导率;复合相变材料的相变潜热随填充量的增大而增大,PPI大的泡沫金属对GMS吸附更好,但是热导率有所降低,GnPs改性后甘油酯的填充量和材料导热系数均有所提高。     

适用于余热回收的相变蓄热供热装置的研制

相变蓄热装置依其体积小、蓄热量大、放热温度均匀等特点在余热回收方面有很广阔的应用前景。研制开发了一种适用于用余热加热的相变蓄热装置,装置中加装了强化传热的导热翅片和加热、放热用的换热盘管。在不同水流量下对加热和放热过程中的热工参数进行了测试。通过对装置加热和放热特性所进行的测试结果分析可知,装置中导热翅片起到了很好的强化传热作用。它适合用于对余热的储存,也便于把储存的余热以多种形式供给用户。     

湿迁移对加气块空心砖复合墙体热工性能的影响

本文利用我院先进的热工静态实验台对加气块空心砖复合墙体进行热工性能和湿度实测,通过测试,证明了湿迁移过程对墙体热工性能影响较大,材料湿度与导热系数呈一致变化。     

泡沫铜/石蜡复合相变材料融化过程的换热特性

为了研究强化相变蓄热器的换热情况,搭建了矩形腔体内填充泡沫金属/石蜡的实验台,在恒壁温条件下,进行了泡沫金属/石蜡复合相变材料的融化蓄热实验。根据实验数据绘制了不同加热温度下石蜡内部温度随时间变化曲线,分析了腔体内自然对流对温度分布的影响、传热温差对蓄热时间的影响。结果表明,泡沫金属的高导热性能强化了石蜡在腔体内的融化过程,距离加热面较近的石蜡融化后产生的自然对流加速了剩余固态石蜡的融化;而且传热温差越大,自然对流越明显,蓄热时间越短。     

多孔基体-Na2HPO4·12H2O复合材料体系的相变特性

将熔融的相变储能材料Na2HPO4·12H2O浸渗到多孔材料碳海绵、泡沫镍、泡沫铜中,制备出3种多孔基体-Na2HPO4·12H2O复合材料体系.复合相变材料体系在55℃的恒温水浴箱中熔融,然后放置在20℃空气中冷却,并进行多次循环试验.采用温度数据采集仪采集复合相变材料体系的熔融和冷却时的温度变化数据,测得相变材料的相变熔化温度和过冷度;采用扫描电镜观察复合相变材料的结构形貌.实验结果表明：多孔材料对相变材料的熔化温度几乎没有影响,但减小了Na2HPO4 ·12H2O的过冷度,缩短了相变材料开始相变的时间和加快了熔化过程.     

多孔基体 Na2HPO4〖KG-*3〗·〖KG-*3〗12H2O复合材料体系的相变特性

将熔融的相变储能材料Na2HPO4·12H2O浸渗到多孔材料碳海绵、泡沫镍、泡沫铜中,制备出3种多孔基体 Na2HPO4·12H2O复合材料体系.复合相变材料体系在55 ℃的恒温水浴箱中熔融,然后放置在20 ℃空气中冷却,并进行多次循环试验.采用温度数据采集仪采集复合相变材料体系的熔融和冷却时的温度变化数据,测得相变材料的相变熔化温度和过冷度;采用扫描电镜观察复合相变材料的结构形貌.实验结果表明：多孔材料对相变材料的熔化温度几乎没有影响,但减小了Na2HPO4·12H2O的过冷度,缩短了相变材料开始相变的时间和加快了熔化过程.     

基于相变材料的太阳能电池板温度控制实验研究

对使用石蜡作为相变材料的太阳能电池板被动式散热器进行了实验。选择在相变材料中的不同位置安置格栅,在同一热流密度下,对4组散热器的瞬态热性能进行了研究。结果表明,具有格栅的相变材料散热器可用于冷却太阳能电池板。相变材料的融化情况与格栅位置和接触面积有关,加装垂直于翅片方向格栅的散热装置的散热效果较佳。     

常壁温下管内相变凝固的准稳态近似

为了分析热能贮存及太阳能利用中的固液变问题,需要掌握圆管中含有内热源相变介质的凝固规律.采用热传导中的准稳态方法,通过定义无量纲参量对该凝固问题作近似分析,举例说明该近似方法的应用过程.结果表明:该问题的控制参数仅为内热源参数β.在内热源参数β的数量级较小时,近似方法精度较高,并导出各参变量内热源参数、无因次凝固时间、瞬态温度和瞬态、稳态相界面位置的关系.随着β的增大完全凝固的无量纲凝固时间增大;同一β下,随着无量纲相变位置的减小,获无量纲时间的增大幅度加大.     

蓄能供热型太阳能集热器结构优化

提出一种蓄能供热型太阳能集热器,将太阳能真空集热管、重力热管蒸发段、热泵蒸发器和相变材料集于一体,可有效克服太阳辐射波动性影响,结构紧凑,集热效率高. 利用FLUENT软件模拟研究蓄能供热型太阳能集热器内相变材料的蓄放热特性. 对比分析集热器内不同结构:重力热管蒸发段和蒸发器管路采用并排布置或三角布置时相变材料的温度场和速度场,结果表明,并排布置方式优于三角布置方式,相变材料完全熔化时间可缩短22.6%,完全熔化时相变材料储存的热量更多. 研究集热器倾斜角度对相变材料蓄热/释热过程的影响,结果表明,蓄热过程倾斜放置比竖直放置时相变材料的完全熔化时间缩短了约28%,而释热过程完全熔化时间不受倾斜角度的影响. 最后研究了相变材料的相变温度和相变潜热对相变过程的影响,结果表明,在能够满足相变材料蓄热所需的相变温度范围内,应选取相变温度较低、相变潜热较大的相变材料.