高温相变储热单元模拟研究与计算

运用Fluent软件对圆形储热单元内部LiCl高温相变材料熔化过程进行二维数值模拟。模拟结果表明：不同位置的LiCl都会出现恒温＂平台＂,其平台的长度和出现的时间间隔随空间位置的不同而有显著差异;随时间的增加,储热单元储热量在相变区明显增大,其储热功率也相应出现了最大值。相变材料的导热系数、相变储热单元的形状和空间尺度以及其恒温隔热装置是改善相变储热系统储热性能的关键性因素。     

预填埋相变材料对混凝土水化热温升的降低效果

为了探讨能安全有效地降低混凝土水化热温升的方法,采用自制保温装置测量了普通混凝土构件和预填埋相变材料的混凝土构件内部相同位置温度随时间的变化,对预填埋相变材料降低混凝土内部温升效果的影响因素进行了计算和分析。研究结果表明:填埋相变材料后混凝土的内部温度与相变材料的填埋量、比热、相变热、相变温度,混凝土的比热、密度和初始温度,胶凝材料的用量和水泥水化热等因素相关。采用填埋相变材料的方法能够降低混凝土的内部温度峰值,延缓温度峰值的出现时间,但不能降低混凝土内部的后期温度。     

内插热管式太阳能集热器内相变材料的蓄热/释热特性研究

提出一种蓄能型内插热管式太阳能集热器,在太阳能真空管和振荡热管蒸发段之间充灌相变材料,提高集热器的瞬时集热效率. 利用Gambit软件建立内插热管式太阳能集热器的三维模型,基于FLUENT软件的凝固/熔化模型,以癸酸(CA)为相变材料进行模拟研究,采用Boussinesq近似法对比分析了考虑浮升力前后的真空管内温度场分布、液化率、不同测点的温度曲线的变化,探究了浮升力对集热器内蓄热/释热过程换热规律的影响. 结果表明,相变材料熔化过程中浮升力起着至关重要的作用,使得真空管内顶部的升温速度快于底部. 而凝固过程中浮升力的影响可以忽略不计. 蓄热过程中集热器内相变材料在轴向上的传热方式,固态显热和相变蓄热阶段以导热为主,液态显热蓄热时以对流传热为主,而在径向上始终以导热为主.     

硬脂酸-月桂酸二元复合相变材料

以硬脂酸(SA)、月桂酸(LA)为原料,通过熔融共混法制备了二元脂肪酸相变材料。采用红外光谱(FTIR)、偏光显微镜(POM)、差示扫描量热仪(DSC)及温度记录仪分别表征了共混相变材料的结构、结晶形态、相变温度和焓值以及保温性能。FTIR表明共混相变材料中硬脂酸与月桂酸通过分子间作用力结合在一起;POM表明SA与LA在共混物中形成共晶结构,且随SA/LA质量配比的减小,结晶半径减小;DSC表明共混相变材料的结晶焓达到200J/g,随SA/LA质量配比的减小结晶温度先降低后升高,表现出低共熔物特征;步冷曲线表明,随SA/LA质量配比的减小,平台温度先降低后升高,且当SA/LA质量比为1/2时,温度平台为30.9℃,保温时间为25min,约为纯硬脂酸或月桂酸保温时间的2倍。     

Role of Composite Phase Change Material on the Thermal Performance of a Latent Heat Storage System: Experimental Investigation

复合相变材料对潜热储能系统中热性能作用的实验研究

Jasim Abdulateef¹, Ahmed F. Hasan^2*,Mustafa S. Mahdi²

（1. 迪亚拉大学 机械工程系,巴古拜 32001,伊拉克;2.迪亚拉大学 化学工程系,巴古拜 32001,伊拉克）

摘要：

石蜡是可用于潜热储能系统单元（LHSU）的理想的相变材料（PCM）。这种潜热储能单元的使用因相变材料导热性差而受到限制。本文采用铝和相变材料制成的金属泡沫生产复合相变材料,以此作为相变材料-潜热储能单元中的导热材料,并使用水作为传热流体（HTF）。通过实验,评估了使用纯相变材料和复合相变材料的潜热储能单元的传热特性。研究包括熔化和凝固过程中相变材料的时变可视化。此外,热存储室内放置一个热电偶网络,记录每个过程的温度分布。结果表明,复合相变材料-潜热储能单元在熔化和凝固过程中均表现出较好的性能。由于金属泡沫的作用,复合相变材料-潜热储能单元的熔化时间比简单的相变材料-潜热储能单元快83%左右,凝固时间减少85%左右。

关键词：相变材料;金属泡沫;潜热;复合相变材料

     

CaCl2·6H2O/EG复合相变材料的制备与性能研究

为了改善六水氯化钙的蓄放热性能,以六水氯化钙为相变材料（PCM）、膨胀石墨（EG）为载体、六水氯化锶为成核剂,采用物理吸附法制备六水氯化钙/膨胀石墨复合相变材料,研究复合相变材料的热物理特性. 采用步冷曲线法,研究复合相变材料的过冷度、蓄/放热性能和热循环稳定性;采用扫描电镜、差示扫描量热法、热流计导热仪,对复合相变材料的显微形貌、相变潜热、相变温度、比热容和导热系数进行测定. 结果表明：在六水氯化钙中添加质量分数为10%的膨胀石墨和质量分数为2%的六水氯化锶,复合相变材料的相变潜热为151.6 J/g,导热系数提升至3.328 W/(m·K),过冷度保持在2 °C以内. 相变材料的导热系数及过冷度得到显著改善.     

一种新型固-固相变材料及其制备方法

本文根据相变传热的特点,建立了脂肪酸二元体系作为相变蓄热材料的传热模型,通过大量的实验验证了混合体系在融化和凝固过程中的热特性.通过DSC试验,对相变材料的相转变温度、焓变数值以及储热能力进行分析.现巳制备出二元相变体系(月桂酸:癸酸)的相变温度为21.31℃、焓变值153.17 J/g,复合相变体系的相变温度为23....     

太阳能蓄能通风系统理论模型

建立一个太阳能蓄能通风系统的理论模型,以计算该系统白天蓄热量和夜间通风量.以昆明市气象参数为依据,分析了采用相变材料的相变温度分别为38、44、50、63℃时,该系统通风量与烟囱倾角的变化关系.计算结果表明,对于不同相变材料,无论在何倾角下,他们的蓄热量大小趋势都是一致的,即相变温度越高,蓄热量越小.综合考虑通风量和通风时长2种因素,系统最佳倾角应该为45°,而最佳相变材料应为38℃十四烷酰.     

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。     

圆柱形壳管式相变蓄热单元的释热特性

为了推广太阳能季节相变蓄热热泵供暖系统在寒冷地区的应用,提出了适合该系统的圆柱形壳管式相变材料(Phase Change Material,PCM)贮热单元的结构形式;基于焓法建立了贮热单元的数学模型,并通过数值模拟研究了以CaCl2.6H2O为相变材料的相变蓄热单元的的释热特性及其随换热流体温度和流速的变化规律.研究结果表明:PCM在显热释热阶段温度变化快且释热持续时间短,而在相变潜热释热阶段,PCM温度变化慢且持续时间长;换热流体入口温度越高,释热速度慢且释热量越小.换热流体的流速越大则释热速度越快,流速越小则释热速度越慢.换热流体入口温度与流速是影响圆柱形壳管式相变贮热单元释热特性的重要因素.     

相变材料/导热翅片复合热管理系统应用于三元体系锂离子动力电池模组实验研究

以三元动力电池模组为研究对象,通过研究自然对流、相变材料（Phase Change Materials,PCM）、相变材料/导热翅片3种不同散热技术,分析3种不同热管理系统（Battery Thermal Management System,BTMS）在室温（25℃）和高温（45℃）工况下不同恒定倍率放电及充放电循环过程中的温度变化规律、产热速率及温升速率,测试整个电化学反应进程中的最大温度及最大温差技术指标,深入研究不同散热介质对于电池组安全性能的影响机理。结果表明,无论室温/高温环境条件恒定倍率放电和大电流充放电循环工况,相变材料/导热翅片电池组通过对电池组侧面和正负极处进行强化传热,具有明显有效的降温和均衡温度的能力,可以实现电池组最高温度的快速降低,并维持电池模组最高温差在5℃以内,满足动力电池模组的散热需求。     

原位反应烧结制备熔盐/尖晶石复合高温相变储能材料的研究

以电熔镁砂和白刚玉为镁铝尖晶石陶瓷基体原料,以氯化钾、氟化钾复合盐为相变材料,用原位反应烧结法制备熔盐/尖晶石复合高温相变储能材料,研究烧结温度、熔盐含量对熔盐/尖晶石相变储能材料性能的影响。采用XRD和SEM对材料进行表征,通过DSC分析测定材料相变潜热,结果表明,烧结温度为1 000℃和熔盐含量为40%时,所制备的储能材料的相变潜热为70.98 kJ/kg,蓄热密度为240 kJ/kg（ΔT=100℃）,储热性能较好。     

矩形蓄热单元内石蜡的相变传热特性

为掌握蓄热单元内相变材料(phase change material, PCM)的传热特性,提高相变换热器的传热效率,采用焓-孔隙率模型,利用FLUENT软件对石蜡在矩形蓄热单元内的传热过程进行数值模拟,引入单元液相分数β及无量纲Fo、Ste和Ra分析圆管外不同位置处石蜡的蓄/放热规律及换热流体入口温度不同对石蜡蓄/放热过程的影响规律。结果表明:圆管外石蜡的总体熔化快慢按照上部、左/右部、下部的顺序进行,且上部比其它部分完成熔化所需时间缩短20%以上;放热过程中,圆管外石蜡的总体凝固快慢按照下部、左/右部、上部的顺序进行。矩形壳体内PCM蓄热过程的传热机制由导热逐渐过渡为自然对流。增加换热流体与石蜡之间的温差能显著提高蓄放热效率。通过多项式拟合得到关于β的准则关系式。     

矩形蓄热单元内石蜡的相变传热特性

为掌握蓄热单元内相变材料(phase change material, PCM)的传热特性,提高相变换热器的传热效率,采用焓-孔隙率模型,利用FLUENT软件对石蜡在矩形蓄热单元内的传热过程进行数值模拟,引入单元液相分数β及无量纲Fo、Ste和Ra分析圆管外不同位置处石蜡的蓄/放热规律及换热流体入口温度不同对石蜡蓄/放热过程的影响规律。结果表明:圆管外石蜡的总体熔化快慢按照上部、左/右部、下部的顺序进行,且上部比其它部分完成熔化所需时间缩短20%以上;放热过程中,圆管外石蜡的总体凝固快慢按照下部、左/右部、上部的顺序进行。矩形壳体内PCM蓄热过程的传热机制由导热逐渐过渡为自然对流。增加换热流体与石蜡之间的温差能显著提高蓄放热效率。通过多项式拟合得到关于β的准则关系式。     

相变墙房间复合墙板性能优化研究

目的由于相变墙板特殊的传热性能及不同的外界条件，有必要对相变墙板性能进行优化，使得相变墙板在设计和使用性能上得到改善，方法通过计算基材和相变材料混合制得的相变墙板的当量导热系数、分析相变材料在相变墙板中相对密度与吸放热关系、利用拉式变换法给出板壁围护结构的传递矩阵．对相变墙房间的复合墙板性能进行优化研究．结果得到以石膏板为基材制得相变墙板的当量导热系数要大于以麦壳石膏板为基材的相变墙板的当量导热系数．从热流的角度分析，墙板厚度增加一倍在单位时间内单位面积通过墙板的传热量就会减少50％．结论选用导热系数大的基材有利于墙体中相变材料的蓄热和放热，及相变墙板的选择应尽量采用薄的、相变材料(PCM)相对密度大的墙板．同时为了获得对外扰较大的衰减和延迟应将相变墙板放在房间内表面．     

翅片盘管式相变储热器传热性能研究

翅片盘管可以强化盘管外侧的换热.本文研制了一种翅片盘管式相变储热器,以石蜡R54为相变材料,在3组不同流量工况下,分别对3种不同翅片间距的储热器进行了实验研究,分析了其不同工况下的温度分布和传热系数情况,得出了该类型相变储热器的储热效率及传热系数与流量成正比、与翅片间距成反比的结论.     

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。     

套管式太阳能相变蓄热器强化传热数值模拟

因太阳能相变蓄热技术节约资源、保护环境,符合我国目前的能源发展要求,而受到研究人员的关注。而太阳能具有间歇性、不稳定等特点增加了其利用的难度。通过有限元数值分析方法对套管式相变蓄热器进行模拟,探究相变材料(phase change materials, PCM)在太阳能相变蓄热器中的作用。结果表明,添加膨胀石墨可大幅度提升太阳能蓄热器的蓄放热效率。相比于传统石蜡蓄热,在入口速度、环境温度等初始条件相同时,添加质量分数为20%的膨胀石墨的石蜡蓄热时长缩短了91.11%,起到强化传热的效果。该研究为研制太阳能热水器、高效换热器及建筑节能和其他领域的热能储存等提供重要参考。     

MXene/二氧化硅/六水氯化钙复合相变储热材料的制备及性能

六水氯化钙作为一类低温体储热材料, 在蓄热节能方面有着巨大的应用前景。单一的六水氯化钙相变储热材料存在导热系数低和熔化时易泄漏的缺点, 具有较大的内芯和互穿介孔孔道结构的介孔二氧化硅可以解决上述 问题。介孔二氧化硅具有低密度, 热膨胀系数小, 折射率低, 比表面积大等优点, 但其导热系数低, 需要与热性能良好的材料复合来增强导热能力。选用MXene 作为导热增强材料, 在其表面上生长介孔二氧化硅, 再把相变材料六水氯 化钙负载其中。通过综合热分析仪和红外热成像仪测定, 证明复合相变材料的储热性能、热稳定性和传热速率都有显著提升; 在烘箱中观察六水氯化钙的泄漏情况也明显被载体材料所抑制, 成功制备一种热性能和稳定性俱佳的复 合相变储热材料。     

复合相变调湿材料的制备与热湿性能

制备一种兼具调热调湿功能的新型复合相变调湿材料（CMPCM）,该材料由相变微胶囊（MPCM）与多孔调湿材料合成。作为被动式节能材料,能够有效平抑室内温湿度波动和降低建筑能耗。其中,相变微胶囊由癸酸和十八烷酸的混合物为芯材、二氧化硅为壁材通过溶胶凝胶法合成,多孔调湿材料为硅藻土。通过扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）,正杯蒸发法和等温吸放湿法分析表征了复合相变调湿材料的组成结构、热性能、热稳定性以及传湿系数和湿缓冲值。DSC和TGA结果显示,复合相变调湿材料比普通相变材料有更小的过冷度和更好的热稳定性。传湿特性实验显示,该新材料比单纯的多孔调湿材料有更大的传湿系数和湿缓冲值。