高温蓄热堆积床蓄热单元传热特性的数值模拟

采用焓-多孔介质模型对高温蓄热堆积床蓄热单元相变过程进行模拟,探讨不同的封装材料、相变材料、熔化温度和运动粘度对相变材料熔化过程的影响。结果表明:当封装材料的导热系数远大于相变材料的导热系数时,封装材料对相变的影响非常小,可忽略不计;通过对比不同相变材料的熔化时间和蓄热能力可知NaNO_3、KNO_3、LiNO_3的完全相变熔化时间相差不大;高粘度的相变材料在相变过程中自然对流较弱,低粘度有利于相变材料熔化过程中的自然对流;熔化温度范围越小,越有利于相变材料的熔化。     

复合相变蓄热材料研制及性能分析

制备了一种复合相变蓄热材料,该蓄热材料是由两种相变材料(硬脂酸和石蜡油)组成,通过物理吸附的方法将其复合在固态支撑材料中,通过实验分析了所研制的蓄热材料的相变点、相变热、热稳定性及微相结构等性能。测试结果表明该蓄热材料具有较高的相变潜热和较好的热稳定性。     

低温相变蓄热材料研究进展

蓄热技术是解决能源危机的重要手段之一,相变温度在60～80℃范围内的蓄热材料被广泛应用于太阳能储存、工业废热回收、电子器件热管理以及供暖和空调系统等领域。本文介绍了常用的可作为相变材料(PCMs)的有机物和无机物,探讨了复合相变材料的制备方法,分析了该类型相变蓄热材料的应用现状及发展前景。     

中温相变蓄热材料研究进展

对中温相变蓄热材料(PCM)的定义范畴、应用领域、国内外发展现状进行了评述。中温PCM主要针对90~550℃的热动力环境,在太阳能热发电、有机朗肯循环、移动蓄热技术、分布式能源系统等方面有广阔的应用前景。指出进一步的研究方向是拓展中温PCM的应用场合,规范长期稳定性的表征与测试手段,重视与换热器开发以及应用领域的整合,并提出硝酸盐熔融盐混和物将是今后一段时期内中温PCM研发和培育的重点产品对象。     

硫酸铝铵相变蓄热材料实验研究

通过对硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2.12H2O]的实验研究,寻找减小其过冷度,改善其储热性能的方法。按照溶液配制法,在熔融的硫酸铝铵中依次加入适量的有效添加剂及去离子水,记录蓄热体系放热时的温度变化,反复调节添加剂的质量比,达到最佳配置。结果表明,硫酸铝铵中添加质量分数为1.8%的氟化钙、0.4%的碳、6%的去离子水能够较好地抑制过冷,保证放热速率。重复性实验验证,该材料是低温范围内具有较高相变温度、相变潜热大、放热性能稳定、重复性良好的蓄热材料,可以应用于电蓄热、回收城市废热等领域。     

建筑节能用复合相变蓄热材料制备及其性能研究

由熔融盐与石墨制备了建筑节能用复合相变蓄热材料,并以电子显微镜进行了性能测试分析.结果表明,基于石墨为添加剂,可显著提升复合相变蓄热材料传热效率;石墨可强化相变蓄热材料导热性能,但由于膨胀石墨与相变蓄热材料以物理形式充分混合,所以膨胀石墨对于材料相变温度所造成的影响非常小,对此在材料制备时,需充分考虑材料相变温度与导热...     

PEG/活性炭相变材料对沥青熔点的影响

利用PEG/活性炭固-固相变材料对沥青进行改性,制备出相变材料改性沥青,用热机械分析(TMA)测定改性沥青的熔点。结果表明,PEG/活性炭固-固相变材料可以有效地改善沥青的熔点,随着相变材料的加入量的增大,改性沥青的熔点明显升高     

基于相变蓄热大胶囊的储热系统的换热研究

提出适用于家用的太阳能储存设备的一种由球形封装相变蓄热大胶囊的5个模块化单元组成的多联级蓄热系统。该系统以水作为能量载体,采用水合盐作为相变材料(PCM)。文中对蓄热系统的放热性能进行实验和数值研究,分析在1 m/s和0.5 m/s 2种进口流速下蓄热系统在放热过程中各箱体出口温度变化情况,将数值模拟和实验结果进行对比,并分析系统中各PCM胶囊内部温度场和液相率随时间的变化情况。结果表明：蓄热箱体通过串联可以增加系统的蓄热量,并使出口温度在一定时间内维持在标准温度(305 K)以上。与1 m/s流速工况相比,在0.5 m/s流速下出口温度在第2阶段的实验和模拟结果较为吻合,PCM凝固速率整体较慢,层级间温度分布和液相率差距更明显,系统出口温度更高,出口水温符合标准的出水时长增加了71.03%,但符合标准的出水量下降了17.07%。     

新型相变蓄热材料的热物性测试

为了寻找新型相变蓄热材料,对不同配比下NaCl/KCl/MgCl2三元体系的熔点进行了测量,提出了一种新型三元相变蓄热材料质量分数之比为20%NaCl/20%KCl/60%MgCl2;搭建了准稳态法测试试验台,并利用试验台对新型三元相变蓄热材料的主要热物性参数,包括比热、导热系数和熔解热进行了测试。测定温度范围61.21—573.65℃;利用多项式函数对导热系数和比热试验数据进行了拟合,拟合平均相对偏差小于1.5%。试验结果表明,新型相变蓄热材料潜热大、蓄热密度高、且具有较高的导热系数,具有广阔的工程应用前景。     

间接式移动蓄热器相变材料熔化凝固实验

针对回收工业余热用于分散式用户供热的应用背景,本文设计搭建了间接式移动蓄热器实验系统,选取了赤藻糖醇作为相变材料,对相变材料进行了示差扫描量热法和过冷度的测试分析,获得了相变材料较为准确的蓄热性能参数和过冷度情况。此外,本文还通过对实验数据的整理及分析总结了间接式蓄热器内相变材料在充放热过程中的温度变化情况,在此基础上分析了蓄热材料的熔化和凝固规律。实验结果表明:在相变材料的熔化过程中,蓄热器上部相变材料熔化较快,下部相变材料熔化较慢;在相变材料的凝固过程中,蓄热器下部相变材料凝固较快,上部相变材料凝固较慢。水平方向上材料熔化凝固情况基本一致。通过本文的实验研究,初步掌握了间接式移动蓄热器相变内材料的熔化凝固情况,并由此分析了间接式移动蓄热器优化的方向,为该技术的进一步完善奠定了基础。     

三水醋酸钠相变储能复合材料改性制备及储/放热特性

水合盐相变储热材料普遍存在的过冷和相分离现象是影响其热稳定性和热性能的关键问题。以中低温水合盐相变储热材料三水醋酸钠（SAT）为研究对象,采用熔融共混法将羧甲基纤维素（CMC）和十二水磷酸氢二钠（DHPD）作为添加剂对三水醋酸钠进行了改性研究,通过各成分的配比优化制备了高性能相变储热复合材料,利用DSC及熔融-凝固装置对改性材料进行了热物性和稳定性的测试,分析了不同质量分数的添加剂对相变储热复合材料的相变焓、相变温度、过冷度及相分离现象的影响;在此基础上采用改性的SAT相变储热复合材料构建了高密度储热器并搭建了相变储能热水实验系统,研究了不同运行工况下相变储热器的储/放热性能。结果表明：添加0.5% CMC和2% DHPD的相变储热复合材料有效改善了纯SAT的相分离严重和过冷度大的问题,具有良好的热稳定性,多次循环后复合样品的相变焓为258 kJ·kg^-1,相变温度为57℃,过冷度在2℃以内;相变储能热水系统在不同放热工况下出口水温度均超过50℃,放热过程中相变材料温度变化平稳,储热器的储放热效率高于90%,放热功率大于10 kW,且随着入口水温下降,放热功率、放热量及储放热效率都提高,相变储热器的储能密度是传统水箱的2.6倍。     

基于相变材料的太阳能PV/T系统性能

利用相变材料（phase change material, PCM）的定温储放热特性,将脂肪酸类PCM填充在装有金属肋片的集热器中,对太阳能光伏（photovoltaic, PV）板进行温度调控,实验分析了不同间歇性热量调控策略下PV/T（photovoltaic/thermal）-PCM系统宏观性能。结果表明：PCM能有效缓解光伏电池的温度波动,但系统运行中PCM的温度分层现象较为严重,制约了其实际利用率;合理的热量调控策略对防止PV/T-PCM系统中光伏电池过热及提升系统性能至关重要,数据显示工况二（调控温度设为45℃,调控时长30 min）和工况三（调控温度设为50℃,调控时长30 min）在调控前后,其光电转换效率分别提升3.4%和2.6%;工况二对应的系统总效率为90.8%,工况三为84.45%,均在工况一（无调控）的基础上有显著提升。     

相变套管式储热系统放冷性能实验研究

搭建了套管式相变储热实验系统,分别填充不同质量分数膨胀石墨与正十五烷制备而成的复合相变材料,对系统进行重复充放冷循环实验。采用有效储热比E_st和储能效率ε来表征系统性能,研究了复合相变材料中换热增强对套管式潜热储能系统放冷性能的影响。结果表明：同Re数下,相变材料热导率为0.14 W·m^-1·K^-1（工况A）放冷结束时间为1770 s,相同Re条件下热导率提升至7.10 W·m^-1·K^-1（工况B）和11.60 W·m^-1·K^-1（工况C）的结束时间分别可缩短77.3%、78.9%;热导率的增加可显著提高系统有效储热比E_st和储能效率ε,热导率从0.14 W·m^-1·K^-1增加到11.60 W·m^-1·K^-1,E_st在层流区、过渡区和湍流区分别可提升33.3%、350.0%及129.6%,ε分别可提升26.8%、52.9%及14.6%;Re的增加使得工况A和工况B中E_st和ε呈现下降趋势,工况C中E_st在Re=4298出现峰值1.62。     

不同规整填料旋转床的传质性能对比

采用Na₂CO₃-H₂S为体系,利用规整丝网填料和新型塑料填料的错流旋转床为吸收设备,探究了两种填料床的传质性能,通过理论推导气液传质系数K_y和K_ya的表达式,考察了液量、气液比、超重力因子对脱硫率、K_y和K_ya的影响。实验结果表明:在相同条件下,规整丝网填料床的脱硫率略高于新型塑料填料床,约为3%～4%,但K_y、K_ya和压降分别是新型塑料填料床的0.25～0.5、0.8～0.9和0.3～0.5倍。通过文献对比分析,在相近工况条件下,新型塑料填料床的K_ya比散装丝网填料床提高了1.45倍。并对实验数据进行回归,拟合出K_y、K_ya与气相雷诺数Re_G、液相韦伯数We_L和伽利略数Ga之间的关联式。     

脂肪酸相变储能材料热性能研究进展

在以往所研究的相变材料中,脂肪酸由于展现出优越的性能,得到了研究者更多的关注,但同样存在相变温度不适宜和导热性能差等热性能问题。本工作通过现有文献对脂肪酸相变储能材料的热性能进行系统分析,提出了脂肪酸与脂肪酸、脂肪醇及石蜡复合3种有效解决相变温度不适宜的方法;针对导热性能差提出了多孔材料吸附、添加碳材料或金属粒子和微胶囊化3种高效易行的强化传热方式,进而说明这一领域目前研究重点。同时,对脂肪酸储能材料的相变性能、导热增强方法及导热增强剂进行了比较,分析了各自的优缺点。最后,对脂肪酸相变储能材料热性能研究的不足之处进行了探究,并指出了制备出更多能应用于建筑节能和纺织等领域的脂肪酸相变储能材料和着重研究脂肪酸与石蜡的复合等进一步研究方向。     

Phase change material with flexible crosslinking for thermal energy storage

The utilization of renewable energy through phase change materials (PCMs) is particularly attractive for the realization of sustainable society. Herein, a flexible but reliable solid–solid PCM was successfully synthesized by the integration of quadruple H-bonding crosslinks with polyethylene glycol (PEG)-based polyurethanes. The strong quadruple H-bonding from the dimerization of 2-ureido-4 [1H]-pyrimidinone (UPy) units could act as dynamic cross-links to maintain shape stability. PEG chains in flexible polymer network serve as phase change ingredients, affording thermal energy storage capacity. The physical crosslink density and phase change enthalpy can be adjusted. In contrast to chemical crosslinks, the physical crosslinks of UPy provide reprocessability of the prepared PCMs and show little hindrance on the crystallization of PEG chains. The chemical structure, phase transformation, crystallization, and thermal properties of prepared PCMs were characterized by fourier transform infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction, polarizing microscope, and thermogravimetric analysis. DSC analysis shows that the prepared PCM can store 101.9 J g⁻¹ when PCMs undergo phase change process. Moreover, the accelerated thermal cycling test and leakage test are also conducted to illustrate the thermal reliability and shape-stable properties. These PCMs that possess high phase change enthalpy and outstanding reprocessability are alternative for solar energy collection and waste heat recovery. © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2020 , 137, 48497.     

管壳式相变储热器性能快速预测研究

为了构建一种具有普适性的完全熔化时间预测公式,引入一种无量纲储热时间的概念,定义为实际储热时间与基准储热时间的比值。基准储热时间通过静态近似法获得,可以基本反映完全熔化时间与其影响参数的非线性关系,有效降低了无量纲储热时间拟合关联式的非线性度,并扩大了其适用范围。针对套管式固液相变储热器,通过数值模拟方法分析了Stefan数、无量纲长度以及外内径比率三个参数对无量纲储热时间的影响规律,并拟合了关联式。结果显示,所构建的经验关联式具有较好的应用范围和预测准确度;在考虑的参数范围内,快速预测结果的误差可以控制在10%以内。所提出的无量纲储热时间及其关联式构建方法可推广应用于其他固液相变储热器。     

旋转填料床气液两相流场的仿真分析

通过合理简化旋转填料床(RPB)结构,建立了三维物理模型,利用商用软件Fluent的计算平台,采用欧拉两相流模型和多孔介质模型对旋转填料床内的气液两相流场进行了仿真分析,深入分析了其压力场分布和速度场分布,并在此基础上对比了气相压降随旋转床转速变化的仿真结果与实验结果,两者变化趋势一致,表明所建立模型能近似地模拟旋转填料床的流场分布,并指导理论研究和实验研究进一步深入。