笼屉式水箱中膨胀石墨对石蜡熔化和凝固过程的影响

为研究膨胀石墨对石蜡熔化和凝固性能的影响,对膨胀石墨石蜡复合相变蓄热材料的熔化和凝固过程进行数值分析,并与纯石蜡相变蓄热材料的熔化和凝固过程进行对比.且分析不同含量的膨胀石墨及不同壁面温度对石蜡熔化和凝固过程的影响,结果表明:石蜡中添加膨胀石墨能明显缩短石蜡的熔化和凝固时间,且熔化和凝固时间都随着膨胀石墨含量的增加而减少;在同种工况下,与纯石蜡对比,添加1％、2％、5％膨胀石墨的复合石蜡熔化时间分别减少2.14、2.81、9.74倍;凝固时间则分别减少0.77、1.05、3.76倍;壁面温度对复合石蜡的熔化过程影响显著,而对凝固过程影响程度不佳;其中在初始温度相同的条件下,与壁面温度为327 K的工况下5％EG复合石蜡全部熔化的时间对比,壁面温度为332 K及337 K的工况下5％EG复合石蜡全部熔化的时间分别缩短了0.83、1.58倍.     

方管与圆管中石蜡蓄热的对比研究

针对不同形状管道对蓄热状况影响不同,建立了圆形管道与方形管道的石蜡蓄热模型,运用FLUENT软件对其熔化过程进行了仿真,讨论了自然对流及石蜡厚度对石蜡蓄热的影响。计算结果表明：熔化初期,方形装置内的固液界面呈“脚丫”状,而圆形装置内的固液界面近似呈椭圆状。自然对流对熔化结果影响较大,对流的存在加速了石蜡的熔化;在自然对流的作用下石蜡的熔化速率先快后慢,而熔化总时间与石蜡厚度成正相关。在蓄热单元面积保持不变的情况下,当内管周长相等时,方管内石蜡熔化总时间大于圆管内石蜡熔化总时间;当内管面积相同时,方管内石蜡熔化总时间小于圆管内石蜡熔化总时间。     

泡沫铜内石蜡凝固的孔隙尺度实验研究

对泡沫铜内石蜡凝固相变进行孔隙尺度实验研究。采用高分辨率相机与红外热像仪对凝固过程相场与温度场进行可视化,并通过热电偶测量石蜡与泡沫铜骨架局部温度以获得相变过程热响应及热非平衡特性。揭示了泡沫铜孔隙内凝固相变中包括固液相界面移动、液态石蜡流动及石蜡体积收缩等多个物理过程。研究表明:在多物理过程交互影响下,泡沫铜可高效扩展凝固相界面、提升样品热响应速率,采用孔隙率为0.974的泡沫铜可将石蜡凝固相变速率提升至2.8倍;泡沫铜能有效避免石蜡凝固过程由体积收缩引起的裂缝问题,消除由其引起的热阻;石蜡与泡沫铜骨架间存在局部热非平衡性,且在相变阶段尤为明显。     

方形槽内水平圆管外相变蓄热过程的数值模拟

对以水为热载体,方形槽内水平圆管外石蜡的相变蓄热过程进行了数值模拟.通过合理的分析与假设,建立数学模型及其定解条件,并利用实验数据进行验证.引入无量纲管壁温度Ste数和无量纲相变材料初温G数,分析了Ste和G数对相变材料熔化、凝固过程的影响,给出了不同Ste教的熔化过程固液相图,结果表明:Ste数对熔化和凝固过程有显著影响,与S=0.098时的熔化时间相比,Ste =0.1875时熔化时间将会缩短将近1/2,而Ste =0.277时比Ste=0.1875时熔化时间缩短了1/3.与Ste=0.0804时的熔化时间相比,Ste =0.170时凝固时间缩短1/2,而Ste =0.259时比Ste =0.170时凝固时间缩短了1/3.G数对相变过程的影响比较小,凝固时甚至可以忽略不计.     

良导热、形状保持相变蓄热材料的制备及性能

将石蜡与一热塑弹性体SBS复合制备了在石蜡熔融状态下仍能保持形状稳定的复合相变蓄热材料,复合材料保持了石蜡的相变性,相变潜热可高达纯石蜡潜热的80%,在复合相变材料中加入膨胀石墨后,热传导性有了显著提高,其放热时间比纯石蜡缩短了61%。     

椭圆管强化固液相变蓄热器的数值模拟

由于蓄热材料融化后受自然对流的影响,为了改善固液相变蓄热器上下融化不均的情况,采用椭圆管强化蓄热器中的传热,利用Fluent软件模拟了相同面积的圆管和椭圆管这2种结构中石蜡相变的融化过程,得到了石蜡融化过程温度场分布及融化过程中液相分数线的规律,根据这些规律分析了椭圆管对增强蓄能效果的影响,并且分析了不同椭圆管长短半轴比对加快石蜡蓄热时间的影响。     

同心套管石蜡相变熔化数值模拟分析

以相变材料石蜡作为研究对象,采用数值模拟方法分析同心套管蓄热装置(以下简称蓄热装置)内换热管与石蜡相变的温差(以下简称换热温差)对石蜡相变传热的影响。研究石蜡在不同换热温差下随时间变化的液相率和熔化速率。6种工况下的相变传热过程均为自然对流传热与导热的共同作用,自然对流传热对熔化过程起关键作用,加快了石蜡的熔化速率,上半部分的熔化速率远大于下半部分,造成石蜡液相率分布的不均匀性。换热温差越大,相同时刻的石蜡液相率越大。下半部分未熔化的石蜡未受到浮升力的作用,且未熔化的石蜡离加热管壁面越来越远,导致热阻越来越大,熔化需要的时间越长。采用3/4熔化时间能够提高蓄热效率。     

Solidification process analysis of a heat storage device containing graphite foam and paraffin

石蜡相变材料的导热系数较小,严重影响了其传热速率和凝固速率。通过对填充石墨泡沫/石蜡的储能系统进行凝固过程的模拟,确定了石墨泡沫对相变储能系统性能的影响。研究结果表明石墨泡沫不仅大大缩短了相变凝固时间,也使储能系统的温度分布更加均匀;通过分析冷却水进口速度和温度对复合相变材料的凝固过程的影响,说明随着冷却水进口速度的增大和温度的降低,传热速率加快,凝固时间缩短。分析了复合材料相变区的自然对流对相变过程的影响,模拟结果证明自然对流能在一定程度上加快相变材料的凝固过程。     

石墨泡沫/石蜡储热装置的凝固过程分析

石蜡相变材料的导热系数较小,严重影响了其传热速率和凝固速率。通过对填充石墨泡沫/石蜡的储能系统进行凝固过程的模拟,确定了石墨泡沫对相变储能系统性能的影响。研究结果表明石墨泡沫不仅大大缩短了相变凝固时间,也使储能系统的温度分布更加均匀;通过分析冷却水进口速度和温度对复合相变材料的凝固过程的影响,说明随着冷却水进口速度的增大和温度的降低,传热速率加快,凝固时间缩短。分析了复合材料相变区的自然对流对相变过程的影响,模拟结果证明自然对流能在一定程度上加快相变材料的凝固过程。     

泡沫铁/石蜡复合相变储能材料放热过程及其热量传递规律CSCD

石蜡作为相变储能材料具有储能密度大的优势,但其导热率较低。以石蜡作为相变储能材料、金属泡沫铁作为导热增强材料,通过对泡沫铁/石蜡复合相变储能材料的制备及其放热过程测试,探究了两种厚度金属泡沫铁对石蜡放热过程的强化作用和传热过程。结果表明,泡沫铁能缩短石蜡放热时间,提高放热效率。相比对照组,厚10 mm和15 mm的泡沫铁/石蜡复合相变储能材料相变时间分别缩短了1/3和1/4,相变放热密度分别减小了1.60%和3.26%,两者的相变放热速率是相应对照组的1.44和1.27倍。同时,还对15 mm泡沫铁/石蜡复合相变储能材料放热过程中,对流换热系数与相变时间和材料温度的关系分别进行了模拟,得到相应的理论公式,该公式所求得的模拟值与实际值较接近,可用于预测不同放热时间或材料温度下复合相变储能材料的换热能力。     

铝/石蜡复合相变材料蓄热性能的数值模拟

相变储能材料由于其具有周期性储存和释放能量的特点,在电池热管理、太阳能发电等领域存在着广泛的应用。然而由于导热系数低的原因限制了其进一步的应用。高导热率泡沫材料的添加为解决这一不足提供了一种有效的方法。文章采用三周期性极小曲面（TPMS）生成泡沫铝骨架,基于孔隙尺度数值模拟了铝/石蜡复合相变材料相变蓄热的变化规律。结果表明：铝骨架的添加强化了蓄热,缩短了融化时间,在复合相变材料孔隙率为0.90、0.85、0.80时,相比于纯石蜡,完全融化时复合相变材料的融化时长分别缩短了68％、75％和80％,而且蓄热过程中温度场更加均匀;验证了铝骨架与石蜡之间由于热导率存在较大的差异,存在的热非平衡效应,且铝/石蜡复合相变材料孔隙率越低,此效应越明显     

增强石蜡相变材料传热性能的实验研究

添加高导热颗粒和增大换热面积是当前增强石蜡相变材料传热性能的主要研究方向。以此为基础搭建试验台结合数据采集系统对石蜡在圆管外的熔化凝固过程进行了实验测试,并对各测点的温度变化趋势进行分析,研究了添加不同纳米颗粒和加入金属肋片对换热过程的影响。结果表明:在石蜡溶液中添加纳米颗粒能够起到减小过冷度的效果同时有效增强相变材料的传热性能,添加纳米氧化铜颗粒的传热性能增强效果要优于添加氧化锌颗粒和二氧化硅颗粒;在储热系统中加入肋片能够显著提高相变储能系统的热性能,强化换热过程。     

夏季间歇运行工况下相变温度对相变回填地埋管换热器传热性能的影响

为探究相变温度对相变材料回填地埋管换热器传热性能的影响,建立管内流体换热、回填区域相变换热及土壤换热的三维耦合传热数值模型,利用焓-多孔介质模型对相变区域相变问题进行处理,研究夏季间歇运行工况下不同相变温度回填材料对埋管换热器传热性能的影响。结果表明:添加PCM,可有效提高换热量,短期内缓解埋管周围热积聚,利用相变温度18℃的PCM回填,单位井深换热量至少比普通材料回填提高49.54%;在间歇运行初期,换热量随相变温度的升高逐渐减小,低相变温度的PCM可明显改善埋管换热量,但随着时间的进行,较高相变温度PCM回填对换热器换热量的改善效果优于前期低相变温度。此外,在运行期间,不同相变温度的PCM表现出不同的熔化、凝固特性,当PCM的熔化、凝固过程交替进行时,可减缓土壤温度在运行期间内波动幅度。     

水平椭圆管内相变材料接触熔化的分析

对水平椭圆管内相变材料接触熔化过程进行了研究。根据椭圆作图法测，将其分段圆弧化后，利用Ｎｕｓｓｅｌｔ液体边界层理论，对紧密接触熔化的液体传热与运动进行了分析。求得管内固体熔化速度、熔化率平均Ｎｕｓｓｅｌｔ数。讨论了影响它们的诸因素，所得结果包含了圆管时的结论。     

正交各向异性相变材料的无网格法传热模型及应用

利用无网格迦辽金(EFG)法建立正交各向异性相变材料的传热计算模型,基于该模型编程完成各向异性材料太阳能相变蓄热水箱和管壳式相变蓄热单元的相变传热分析,并探讨热导率因子和材料方向角对复合材料相变传热特性的影响.研究表明:在相同节点布置下EFG法的温度场和相界面计算精度均高于有限元法,EFG法在动态相界面追踪方面具有明显...     

乳液聚合法制备石蜡基相变储能材料及热物性研究

将石蜡真空浸渍于膨胀蛭石中,以其共同作为内相,丙烯酰胺水溶液作为外相,制得水包油乳液,引发剂使外相聚合,得到形状稳定的复合相变储热颗粒。测试结果表明：乳化剂和膨胀蛭石分别为石蜡质量的6%和2%时,熔融焓数值为128.79 J/g,石蜡的包覆率为72.80%;复合颗粒的形状是表面规整的球体,颗粒大小均匀;经过100次循环后,熔融焓只降低2.18%;复合颗粒在470 ℃以下有较好的热稳定性。膨胀蛭石与聚丙烯酰胺对石蜡的二次封装可有效提高复合体系防泄露能力,具有可靠的储能和温度调节性能。     

水滴形管换热与阻力特性的数值研究

为提高换热管的综合性能,设计并研究了一种新型水滴形换热管,采用CFD软件,在相同管横截面积的前提下,对圆形、椭圆形及水滴形换热管单管和管束的换热与阻力特性进行了模拟计算。研究表明:水滴形管可以明显减小换热管背流面的回流;在相同的进口流速下,水滴形管管束努塞尔数Nu较圆管和椭圆管分别增大了28%和18. 5%,而进出口压降相较于椭圆形及圆形管分别减小了45. 5%及90%,相较于圆形管及椭圆形管,水滴型管具有更好的换热流动特性。     

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。     

Thermal Performance of a Phase Change Material‐Based Latent Heat Thermal Storage Unit

An experimental analysis is presented to establish the thermal performance of a latent heat thermal storage (LHTS) unit. Paraffin is used as the phase change material (PCM) on the shell side of the shell and tube‐type LHTS unit while water is used as the heat transfer fluid (HTF) flowing through the inner tube. The fluid inlet temperature and the mass flow rate of HTF are varied and the temperature distribution of paraffin in the shell side is measured along the radial and axial direction during melting and solidification process. The total melting time is established for different mass flow rates and fluid inlet temperature of HTF. The motion of the solid–liquid interface of the PCM with time along axial and radial direction of the test unit is critically evaluated. The experimental results indicate that the melting front moves from top to bottom along the axial direction while the solidification front moves only in the radial direction. The total melting time of PCM increases as the mass flow rate and inlet temperature of HTF decreases. A correlation is proposed for the dimensionless melting time in terms of Reynolds number and Stefan number of HTF. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Heat Trans Asian Res; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com/journal/htj ). DOI 10.1002/htj.21120