复合蓄热材料研究进展

本文在简要综述常用热和潜热蓄热材料的特点的基础上,介绍了目前复合蓄热材料的研究开发进展与应用背景。     

燃料工业炉用陶瓷与熔融盐复合蓄热材料的制备

为了改善蓄热燃烧系统蓄热室蓄热材料的热性能，成功地研制了将高温熔融盐相变潜热蓄热材复合到高温陶瓷显热蓄热材中的新型燃料工业炉用高性能复合蓄热材料的制备新技术，这种新型资料工业炉用复合蓄热材料既兼备了固相显热蓄热材料和相变潜热蓄热材料两者的长处，又克服了两者的不足，从而使之具备能快速放热，快速蓄热及蓄热密度高的特有性能。     

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%。     

多孔基无机玻璃-熔盐复合相变材料蓄热性能的实验研究

基于熔融浸渗法和黏结封装法,以多孔基作为基体材料,分别采用无机玻璃粉与熔盐作为相变材料开展实验,探究储热样本的最佳制备工艺流程。考察了复合相变蓄热体的显微结构及物相组成特征,分析了复合相变蓄热材料的质量损失率,并对蓄热体进行蓄热性能分析及高温抗压强度测试。实验结果表明,采用黏结封装法,以氯化钠作为相变材料,加盖圆柱形三角孔蜂窝陶瓷基体作为载体,设定6.5℃/min的升温速率,烧结温度至800℃,保温30 min,可制备蓄热性能较为优异的复合相变蓄热材料。复合相变蓄热材料的蓄热密度为445.5 kJ/kg,该蓄热体在800℃条件下高温抗压强度达到75.9 MPa,具有良好的蓄热性能和力学性能。     

电加热相变材料蓄热地板采暖的热性能模拟

为消除电采暖引起的电网峰谷差并降低采暖运行费用，该文提出了一种带有相变材料潜热贮能板的地板电采暖系统，并建立了分析此系统热性能的地板和房间理论模型，对给定的电加热相变蓄热地板采暖房间，模拟了室内空气温度和地面温度的变化，藉此分析了我国几个气候地区冬季该系统的应用效果，结果证明此采暖方式在使房间热负荷不大的建筑和气候条件下，基本能满足人的热舒适性要求，有较好的应用前景。     

MWCNTs-水合盐复合相变材料的蓄热性能研究

研究CH₃COONa·3H₂O(SAT)/Na₂HPO₄·12H₂O(DSP)共晶盐的相变过程,分析亲水碳纳米管(HCNTs)对共晶盐热性能的优化效果。结果表明：SAT/DSP质量比为9∶1时共晶盐循环稳定性最好,且过冷度仅为2.5℃;随着HCNTs掺量提高,复合材料的热导率呈线性增长趋势,最高达到1.29 W/(m·K),较未加HCNTs时提升了182.89%,蓄热密度呈线性下降趋势,最多降低了5.59%。最后对各组HCNTs/SAT/DSP复合相变材料(CPCM)进行200次固-液循环,结果表明各组材料的循环稳定性良好,具备实际应用价值。     

石墨泡沫/共晶盐复合相变材料制备

选择KNO3/NaNO3二元体系按照质量比4∶6制备共晶盐,对共晶盐进行了熔点及熔化潜热的测量;将石墨泡沫这一新型材料作为强化基体,共晶盐作为相变材料（PCM）,采用熔融浸渗法制备了适用于太阳能热发电系统储能装置的石墨泡沫/共晶盐复合相变材料。采用扫描电镜对复合相变材料表面的微观结构进行了表征,并对其熔点、潜热、等效导热系数等热物性参数进行了测试。结果表明：共晶盐与石墨泡沫复合效果比较理想;复合前后共晶盐的熔点和潜热几乎没有发生变化;复合相变材料的等效导热系数得到了显著提升,石墨泡沫对相变材料起到了导热强化作用,满足高温蓄热的要求。     

纤维复合相变材料传热模型及性能分析

该文利用所建立的纤维复合相变材料相变问题的焓法求解模型，对影响人口传热单元的传热特性的各参数进行了分析，为进行纤维复合相变材料的优化设计提供了参考。     

泡沫铜对相变蓄热系统蓄热性能影响的实验研究

石蜡作为一种有机固液相变材料,因其具有高潜热值、无毒、无腐蚀、性能稳定等优点被广泛应用于热蓄存、电子冷却及建筑温控等领域。但在蓄热过程中,因石蜡导热系数较低,导致蓄热时间过长、温差过大。实验按照1∶3的比例将泡沫金属铜均匀分布在石蜡箱体中,探究泡沫铜对石蜡相变速率的影响。结果显示:加入泡沫铜后,有效地提升了石蜡的相变速率,缩短了石蜡相变的时间;同时加入泡沫铜后,石蜡内部温差明显减小,温度分布更加均匀,并且有效缓解了自然对流造成的顶部过热和底部不熔化现象。     

多孔基无机复合相变材料的蓄热特性

添加多孔介质是提升PCM(相变材料)热导率、缩短其熔化时间的有效手段。本工作通过建立具有不规则分布多孔骨架的CPCM(复合相变材料)物理模型,系统研究了孔隙度、孔径、骨架形状对其蓄热特性的影响,并探讨了蓄热能力与蓄热速率之间的关系。结果表明,随着孔隙度的减小,CPCM的熔化速率增大,固液态PCM密度差引起的重力驱动力使PCM产生自然对流现象,加速了熔化过程。在相同孔隙度(0.80)下,当孔径越小时,多孔骨架表面积越大,所吸收的热通量越大,相变材料熔化越快。具有四面体形状骨架的CPCM由于具有最大比面积30.02 mm^-1,41 s内便完成熔化,相比比面积为19.93 mm^-1的二十面体快了13.5 s。孔隙度的减小虽有利于CPCM的熔化,但也会削弱其蓄热能力,本工作所确定的平衡孔隙度为0.80,可使CPCM的有效热导率达到8.07 W/(m·K)。因此,本工作可为低温蓄热材料提供理论依据和参考。     

化学蓄热材料的开发与应用研究进展

作为化学能与热能相互转换的核心技术,化学反应蓄热是21世纪最为重要的储能技术之一。与传统的潜热储能方式相比较而言,化学反应蓄热的能量储存密度有着数量级的提升,其在工作温度范围以及材料稳定性上的优势显著。本文针对金属氢氧化物、金属氢化物、金属碳酸盐、结晶水合物、金属盐氨合物等几种当前主要的化学蓄热材料,重点阐述了各自的应用机制和工作条件,分析了各种材料的研究现状和亟需解决的科学及应用问题,指出复合以及掺杂型材料的优化制备是化学蓄热技术未来发展的主要方向。     

高温相变蓄热器数值模拟与实验研究

高温相变蓄热器是空间太阳能热动力发电系统的关键部件之一,相变材料(PCM)蓄热是其中的关键技术。对以LiF-CaF2为PCM和以干空气为工质的蓄热系统进行了地面实验,并分别建立了相应条件下填充纯PCM和泡沫复合相变材料(FCPCM)的蓄热单元管数学模型。经过数值计算得到结果表明,纯PCM蓄热单元管计算值与实验数据吻合得很好,表明了计算模型的有效性;此外,对填充纯PCM和FCPCM的蓄热单元管的计算结果进行了比较,结果表明,泡沫的填充强化了PCM的导热性能,提高了蓄热系统的热性能。     

MgO陶瓷基复合相变蓄热材料的制备和性能研究

利用熔融盐相变材料的高潜热和MgO陶瓷基体材料的耐高温和耐腐蚀等特性制备复合相变蓄热材料,同时为了提高蓄热材料的致密度,选用Bi2O3为粘结剂。采用阿基米德法得到相变蓄热材料的致密度,从而确定较理想的成型压力(表压)和成型时间分别为6 MPa和15 min,且通过XRD,TG-DTA,SEM和EDS检测分析,对MgO陶瓷基复合相变蓄热材料的性能进行初步研究。     

太阳能复合相变蓄能炕的设计及热性能研究

为解决我国北方农村冬季采暖过程中能源浪费及环境污染的问题,设计了一种以太阳能为热源,石蜡为相变蓄能材料的蜂窝活性炭-石蜡复合相变蓄能炕采暖系统。在供水温度为40 ℃的条件下,通过对比试验,分析了纯石蜡蓄能炕、蜂窝活性炭孔密度分别为20,30以及40 PPI的复合蓄能炕的热性能。实验结果表明：新型蓄能炕可以满足人体对于夜间睡眠的热舒适性需求。蜂窝活性炭孔密度为20 PPI的复合蓄能炕升温及降温速度最快,分别为0.35和0.39 ℃;炕面层温度标准差最低,为0.39 ℃,比30 PPI的低18.75%,比40 PPI的低23.53%,比纯石蜡的低41.79%;睡眠层平均温度以及炕面热流密度最高,分别为28.10 ℃和11.88 W/m2。可见蜂窝活性炭的加入有助于提高蓄能炕的热性能,且蜂窝活性炭的孔密度越小,复合蓄能炕的热性能就越好。与传统火炕相比,纯石蜡蓄能炕在经济性方面也占优势。     

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.     

MIL-101(Cr)-NH2/CaCl2复合材料的热化学蓄热性能研究

将金属有机骨架MIL-101(Cr)-NH₂与CaCl₂通过浸渍的方法复合得到MIL-101(Cr)-NH₂/CaCl₂热化学蓄热复合材料。采用X射线衍射分析仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、全自动比表面积及孔径分析仪以及同步热分析仪（TG-DSC）等分析了复合材料的表观形貌、盐含量、比表面积和蓄热密度等参数。结果显示,复合材料的盐含量为49%,在30℃、32%湿度下的最大吸水量为0.54 g(H₂O)/g(样品),蓄热密度达到了1 204 kJ/kg,并且在经历了17次吸附-解吸循环后,其蓄热密度仅降低了6.5%,表现出优异的循环稳定性,出色的吸附性能表明这一新型复合材料在太阳能蓄热领域具有广阔的应用前景。     

Quantitative Analysis on Heat Storage Capacity of Ultra-supercritical Once-through Boilers

为避免求取锅炉蓄热系数时对锅炉进行大量的扰动试验,根据汽水热力性质分别计算锅炉汽水系统各部分水、蒸汽和金属的容积蓄热系数,再结合锅炉结构设计数据计算各个设备的金属蓄热系数,求和后得到锅炉总蓄热系数,并对某1 000 MW机组进行了实例计算.结果表明：在不同负荷-压力工作点,随着压力的升高,金属蓄热系数减小,汽水蓄热系数变化很小,总的锅炉蓄热系数减小;不同锅炉单位负荷对应的蓄热系数大小与锅炉类型有关,随着锅炉容量增大,单位化后的蓄热系数有减小的趋势;锅炉蓄热系数在实际运行中还应进行修正.     

分区蓄热水箱应用于太阳能热泵中的蓄放热分析

针对冬季太阳能辐射弱且不稳定的特点,提出一种应用于太阳能热泵的分区蓄热水箱,以水泵驱动蓄热水箱循环区与蓄热区的热量传递,并运用热力学原理对水箱循环区与蓄热区的运行状况进行模拟,分析了水箱两区在不同水泵体积流量下的逐时温度变化并与整体式水箱进行对比。结果表明,分区蓄热水箱克服了整体式水箱的热惰性,启动灵活,能在较短时间内达到热泵运行的理想温度,显著提高了系统的性能。     

高温熔融盐纳米固液相变复合材料研究进展

熔融盐是一种非常有前景的高温液体传热蓄热工质,在太阳能热发电、余热回收及工业热利用方面有显著的优势,但是熔融盐本身存在导热性能不高等问题。本文对纳米复合相变材料固液相变储能过程的若干最新研究进行了回顾,综述了熔融盐纳米固液相变复合材料国内外研究现状及发展趋势,最后对纳米复合相变材料固液相变储能过程的未来发展和重点研究方向进行了展望,认为主要解决纳米复合材料内熔化相变传热双温度模型的建立及求解、NC-PCM的制备工艺、金属纳米粒子的团聚性及NC-PCM蓄热器的热循环实验等方面的问题是未来研究的重点。