石蜡/泡沫碳相变复合材料的制备及蓄热实验

以石蜡类正二十烷相变材料为填充材料,泡沫碳为基体材料,制备了石蜡/泡沫碳相变复合材料。采用差示扫描量热法(DSC)分析了正二十烷相变材料的热物性,通过扫描电子显微镜(SEM)分别获得了泡沫碳和正二十烷/泡沫碳相变复合材料的表面形态图像。搭建了相变蓄热装置实验台,对3种不同材料的相变蓄热装置进行蓄放热对比实验,记录并分析了相变蓄热装置温度测试数据。与正二十烷的结果对比,泡沫材料的填充大幅提高相变材料的传热性能。在蓄热过程中,泡沫复合相变材料的升温速率明显降低;在放热过程中,正二十烷/泡沫碳相变复合材料温度恢复至室温的时间比纯二十烷恢复至室温的时间减少约30%。     

铜纳米粒子强化正十八烷相变传热性能的实验研究

针对纯石蜡(正十八烷)作为固-液相变储能材料存在导热系数小、传热性能差的缺点,采用两步法制备了铜纳米粒子质量分数分别为0%、0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%的铜纳米粒子/正十八烷复合相变材料,并对其热物性进行了实验研究。采用瞬态热针法测量复合相变材料的导热系数。实验结果表明,铜纳米粒子可有效提高正十八烷的导热系数。利用DSC对铜纳米粒子/正十八烷复合相变材料进行热分析,结果表明,体系中添加铜纳米粒子后正十八烷的相变温度变化很小,而体系的相变潜热随铜纳米粒子质量分数的增加而逐渐减小,但减小幅度不大,因此铜纳米粒子的加入对正十八烷的蓄热能力影响较小。另外,对铜纳米粒子质量分数为1%的铜纳米粒子/正十八烷复合相变材料的热稳定性进行研究,结果表明其具有良好的热稳定性。     

泡沫金属相变材料熔化传热过程的数值分析

以泡沫金属为基体,孔隙中填充相变材料制成的蓄热材料为研究对象,利用FLUENT凝固/熔化模型对填充和未填充泡沫金属的两种相变材料制成的蓄热球的相变传热过程进行数值模拟研究,得到了蓄热球传热过程的温度场分布、相界面移动规律。研究表明与未填充泡沫金属相变材料的蓄热球相比,填充泡沫金属相变材料的蓄热球能显著缩短其熔化时间并提高相变材料内部温度均匀性,从而能提高蓄热装置的蓄热速率,对相变问题的数值模拟以及相变蓄能装置的设计具有重要的参考价值。     

泡沫金属填充率对相变材料强化换热的机理研究

本文基于石蜡和泡沫金属铜制备了复合相变蓄热材料,设计并搭建了可视化蓄热实验装置,分析了泡沫金属铜填充率对石蜡蓄热过程的强化传热机理。实验结果表明：当泡沫金属铜的填充率从0增至2.13%时,复合相变蓄热材料的融化时间从901 s缩短至791 s,缩短了12.21%;当泡沫金属铜的填充率为2.13%时,石蜡内部的温度梯度最小,为22.52 K。此外,随着泡沫金属铜填充率的增加,复合相变蓄热材料的蓄热量从15 932 J减小至13 296 J,减少了16.55%,蓄热速率先减小后增大,分别为18.41、18.33、18.64、19.13 J/s,当泡沫金属铜的填充率为0.99%时,蓄热装置中石蜡的蓄热量为14 539 J,蓄热速率为18.52 J/s,蓄热装置的蓄热性能较好。     

泡沫复合相变材料储放热过程的实验数值模拟研究

以框架状泡沫铜为载体,Ba(OH)2·8H2O为相变储热材料,利用多孔泡沫金属骨架材料良好的吸附性能,制备出泡沫金属复合相变储能材料。采用差示扫描量热法测量Ba(OH)2·8H2O的相变温度和相变潜热,搭建了含泡沫铜和未含泡沫铜相变储能装置的实验台,根据焓-多孔介质模型数值模拟固液相变传热过程。结果表明,泡沫铜的填充不仅增加了相变材料的导热系数,而且缩短了相变材料熔化和凝固时间。数值计算与实验结果吻合良好,验证了该数学模型的可靠性,研究结果对相变储能装置在实际应用中具有一定的指导意义。     

纳米金属粒子强化正十八烷相变传热性能的实验研究

对正十八烷中分别添加纳米Cu粒子、纳米Al粒子及纳米Fe2O3粒子的复合相变材料的传热性能进行了实验研究。采用热针法分别对正十八烷及其与纳米金属粒子的复合相变材料的固态体系、液态体系的导热系数进行了实验研究,结果表明:在正十八烷中添加纳米金属粒子后,纳米金属粒子/正十八烷复合相变材料固、液态体系的导热系数随着纳米金属粒子质量分数的增加而显著提高,且纳米Al粒子/正十八烷复合相变材料导热系数的提高较其他两者更为明显。采用DSC对正十八烷及添加了不同质量分数的纳米金属粒子/正十八烷复合相变材料的相变潜热及相变温度进行了实验研究,结果表明:纳米金属粒子/正十八烷复合相变材料的相变潜热比纯正十八烷材料略低,且随纳米金属粒子质量分数的增大逐渐减小,但其相变温度变化不大。     

硅藻土吸附正十八烷高相变焓复合相变材料的制备及其性能研究

利用硅藻土比表面积大、孔洞多因而吸附性好的特点,吸附正十八烷,制备出形态稳定、高相变焓的硅藻土/正十八烷复合相变材料.利用扫描电镜(SEM)观察其表面形貌,采用红外光谱法(FTIR)分析材料的微观结构,用热重分析仪(TG)及受热形态变化对其热稳定性进行了表征,用示差扫描量热法(DSC)对其相变温度及相变焓进行了测定.结果表明:制得的复合相变材料的分解温度在240℃以上,当正十八烷的吸附量不超过40％时,在高于相变温度时未泄漏,相变温度在26～31℃之间,并且具有很高的相变焓(131.6～163.3 J/g),是一类形态稳定、相变焓高、热性能良好、应用前景广泛的节能环保材料.     

泡沫铜对相变蓄热系统放热性能的影响

采用复合相变材料泡沫铜/纯石蜡,探究其在相变蓄热系统中的放热特性,以及放热过程中石蜡温度变化规律。实验结果表明:复合相变材料泡沫铜/纯石蜡的加入,有效提高了相变蓄热箱内相变材料的当量导热系数,且由于泡沫铜和石蜡之间不同的传热特性,改善了石蜡的温度分布,使得横截面上换热较均匀,加快了石蜡的凝固速率。     

正十八烷/凹凸棒土复合相变储能材料的制备及热性能研究

以正十八烷为相变材料,凹凸棒土为支撑基体,通过真空浸渍法将相变材料有效地吸附固定于凹凸棒土的孔道结构中,制备出结构稳定、热性能稳定的新型正十八烷/凹凸棒土复合相变储能材料。由凹凸棒土N2吸附试验和SEM图片可以发现凹凸棒土疏松多孔、比表面积大,从而能有效吸附正十八烷相变材料。对制备的新型复合相变储能材料进行DSC测试,并进一步对其进行20次DSC冷热循环测试,样品的相变温度及相变潜热基本保持不变,说明其具有优异的相变蓄热特性和热循环稳定性,具有较好的应用前景。     

十八烷/膨润土复合相变储热材料的制备及性能研究

以十八烷为相变材料,膨润土为支撑结构,采用"微波法"与"熔融插层法"相结合制备了十八烷/膨润土复合相变储热材料.采用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)及偏光显微镜(POM)对复合相变储热材料的结构与性能进行了表征.结果表明,十八烷进入膨润土纳米层间导致层间距扩大;复合相变储热材料的相变温度为27.03℃,与十八烷一致;相变潜热为67.22J/g,与质量分数为33.33%的十八烷的相变潜热相当;在发生固-液相变时没有液态十八烷析出.500次加热/冷却循环后,复合相变储热材料的层间距及相变温度没有明显变化,相变潜热减少约3%,证明复合相变储热材料具有良好的结构与性能稳定性.     

Ba(OH)2·8H2O/泡沫铜相变复合材料的制备及传热性能

采用SEM和X射线能谱仪分析方法研究了50次热循环后Ba(OH)₂·8H₂O与铝合金和紫铜的相容性,发现Ba(OH)₂·8H₂O对铝合金有一定的腐蚀性,与紫铜具有优良的相容性.以简单的真空吸附填充方法制备了Ba(OH)₂·8H₂O/泡沫铜相变复合材料.搭建了含和未含泡沫铜相变储能装置实验台,对Ba(OH)₂·8H₂O/泡沫铜相变复合材料进行室温下稳态和瞬态的传热实验.结果表明:Ba(OH)₂·8H₂O/泡沫铜相变复合材料比纯Ba(OH)₂·8H₂O传热速率快,导热性能好,有效地降低了Ba(OH)₂·8H₂O的过冷度.高温恒温箱的传热实验表明:Ba(OH)₂·8H₂O/泡沫铜相变复合材料的蓄热能力随外界环境温度的升高而降低,当环境温度高于材料相变点温度时,应考虑对相变复合材料采取一些保温措施.     

相变装置中填充泡沫金属的传热强化分析

通过对泡沫金属结构的分析,将泡沫金属结构简化为二维的循环扩展六边形网格形式,且传热单元被分为九个导热层。在此基础上以热阻分析推导出了在泡沫金属作为填充材料时其整体有效导热系数Koff与泡沫金属空隙率ε之间的数学关系式。分别以泡沫铜、泡沫铝填充石蜡为例与用铜、铝翅片并联和串联两种方式填充石蜡时的有效导热系数进行了计算对比,从计算结果可以明显看出采用泡沫金属作为填充材料,其整体效果要优于翅片,可显著改善相变储能装置的传热性能及储能效率。     

金属相变储能与技术的研究与发展

相变储能是有效的储热方式.其中,金属相变储热因吸放热过程中,储能密度大,过冷度小,导热率高,反复相变后长期性能稳定,过程易控制,因而在高温储热方面具有广泛的用途.从金属相变储热材料、传热分析、金属相变材料与容器材料的相容性和应用4个方面,回顾了金属固液相变储热的发展.     

Characterization of rigid polyurethane foams containing microencapsulated Rubitherm? RT27. Part I

Rigid polyurethane foams (RPU foams) and phase change materials (PCMs) are widely used in buildings for thermal insulation and thermal storage, respectively. The combination of both materials could increase energy savings, leading to more energy efficient housing. In this work, PU foams were produced incorporating different percentages of microcapsules containing Rubitherm^? RT27. Microcapsules added to the foam had a high influence on the foaming process and also on the foam properties. It was observed that the increase of foam microcapsules content decreases the final foam height but increases its density and thermal energy storage (TES) capacity. On the other hand, an increase of the foam microcapsules content up to 5 wt% led to decrease the reduced compressive strength (RS) and modulus (RE) in 7 and 25%, respectively. Higher contents had a sharply negative impact on mechanical properties.     

泡沫石墨/石蜡复合相变储热材料的调温隔热性能

采用多次真空灌注方法将石蜡吸附到多孔的泡沫石墨中,制备出了泡沫石墨/石蜡复合相变储热材料。利用Hot Disk热常数分析仪和差示扫描量热分析(DSC)对该复合材料的热性能进行了测试,结果表明,石蜡充分吸附到泡沫石墨的蜂窝状微孔中,泡沫石墨的填充极大地强化了相变材料的导热能力。研究了将该复合材料用作墙体围护结构时的隔热和调温性能,并与普通轻质墙体材料作围护结构进行了对比,结果表明,复合相变储热材料能够有效地利用昼夜温差进行储热放热,有效地阻止了热量进入室内,可明显降低室内温度波动和最大值,提高人体舒适度,具有较好的调温隔热效果。     

基于孔尺度的泡沫金属强化相变储热材料传热性能数值模拟

导热系数低是影响相变储热材料应用的主要难题之一,而泡沫金属具有高热导率、高孔隙率以及高比表面积等特性,在相变材料中添加泡沫金属可实现强化传热。该文基于泡沫金属基3D微观结构W-P模型,重点分析了泡沫金属基复合相变材料有效导热系数与泡沫金属孔隙率以及孔径的关系,采用数值模拟方法利用该模型预测并验证了泡沫铝6101添加空气与水的有效导热系数,研究结果表明该模型能够精确预测泡沫金属材料有效导热系数,在此基础上预测了石蜡中添加泡沫铜的有效导热系数,结果表明,泡沫金属可以显著提高相变材料的导热系数,当泡沫铜的孔隙率为97.57%时,复合相变材料的导热系数与纯石蜡相比提高了13倍。研究结果对于相变储热材料的热物性强化研究具有一定参考价值。     

开孔泡沫金属热传输性能研究进展

介绍了开孔泡沫金属的结构特点,分别从紧凑型换热器、相变储能系统、热管以及催化反应器四个方面的应用分析了国内外开孔泡沫金属热传输性能应用研究现状,指出了泡沫金属在这些领域应用的前景和存在的问题,提出了今后开孔泡沫金属热传输性能的研究及应用方向。     

泡沫金属铜布置方式对石蜡相变放热性能的影响

为改善石蜡作为相变材料导热差、蓄热时间长的问题,本文将泡沫金属铜放入填充石蜡的圆柱体蓄热箱内,设计泡沫金属铜垂直蓄热箱横截面半径方向布置、沿横截面半径方向布置、沿横截面水平方向布置3种方案,研究不同布置方案对石蜡基复合相变材料的传热影响以及石蜡/泡沫金属铜复合材料的放热特性.实验结果表明:泡沫金属铜的加入缩短了石蜡凝固...     

环形相变单元的蓄热装置设计及运行特性

通过对圆柱和圆环相变单元进行蓄放热性能实验,发现环形结构可有效降低蓄放热时间,提高相变材料蓄放热速率。采用环形相变蓄热单元,设计了一种新型相变蓄热装置,搭建了相变蓄热实验系统,对蓄热装置运行特性进行了分析。结果表明:蓄热工况下,增加换热流体流量,提高换热流体温度,可明显提高蓄热速率;放热工况下,增加换热流体流量可加快蓄热装置的热释放速率,但流量过大相变潜热无法及时释放,在冷水补水流量为4 L/min时,可多提供约44 L温度高于40℃的热水。根据实际生活用水,对间隔用水分别为5 min和10 min两种工况进行了放热实验,同样可以满足用水需求。     

多角度肋片强化相变材料换热仿真分析

目的 针对太阳能热利用领域中相变材料的封装结构提出圆柱体相变蓄热棒,并设计多角度肋片以加快相变材料融化速率。方法 采用CFD仿真技术,分析不同形状肋片对蓄热棒中相变材料融化特性的影响,计算各模型相变材料的融化时间、温度响应速率和平均传热系数。结果 在800 W/m²的热流边界条件下,无肋片蓄热棒的相变材料完全融化需要2 813 s,设计的12组肋片中Tra–45模型性能最优,相变材料的融化时间比无肋片对照组的缩短了5.4%;Tra–45模型中相变材料温度分布集中,且最高温度上升了6 ℃,Tra–45模型的温度响应速率较对照组的提升了5%;Tra–45模型的平均换热系数达到9.97 W/(m².K),较对照组的提升了2.8%。结论 蓄热棒内增加梯形45°肋片后,相变材料融化速率加快,蓄热棒内温度分布均匀。同时,相变材料的温度响应速率提高,平均换热系数显著增加,可满足频繁充放热的需求。