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。     

膨胀石墨/石蜡/高密度聚乙烯导热复合定形相变材料传热行为的数值模拟

采用FLUENT软件,对膨胀石墨(EG)/石蜡/高密度聚乙烯(HDPE)导热增强型复合定形相变材料(PCM)的熔化凝固过程进行数值模拟。结果表明,相变材料在熔化过程中的传热方式以自然对流为主,凝固过程以热传导为主,凝固过程长于熔化过程;EG能够提高熔化和凝固速率,并分别提高了545%,554%,弥补了石蜡热导率低的缺陷。为了验证模型的有效性,通过实验获得了石蜡/HDPE随时间变化的液相体积分数,模拟数据与实验结果基本吻合。     

石蜡-泡沫铜复合相变蓄热材料热特性的研究

采用石蜡和泡沫金属铜,制备了泡沫金属铜填充量为15％的复合相变蓄热材料,并搭建了一套可视化实验系统,研究了复合相变蓄热材料在熔化过程中固液界面的变化过程.基于焓-多孔介质模型,对复合相变蓄热材料的熔化过程进行了数值模拟.研究结果表明:泡沫金属铜强化了复合相变蓄热材料的导热性能,复合相变蓄热材料的熔化时间较纯石蜡缩短了3...     

泡沫铝-石蜡复合相变材料的蓄放热性能研究

采用渗流法制备的泡沫铝制作了泡沫铝-石蜡复合相变材料,对其蓄、放热性能进行了研究。结果表明:(1)复合相变材料与水的体积比为1:4、泡沫铝骨架孔隙率分别为54.81%、60.52%、64.37%、69.74%时,复合相变材料从24℃升高到66℃所需的时间分别为190s、305s、380s、395s;66℃的复合相变材料放入24℃的水中,放热时间分别为270s、355s、540s、600s,水温升高值分别为8.2℃、8.7℃、9.4℃、10.1℃;(2)对比泡沫铝骨架孔隙率60.52%的复合相变材料、泡沫铝和石蜡的蓄、放热过程,其蓄、放热时间分别为305s、60s、870s和355s、30s、1470s;(3)泡沫铝骨架孔隙率为69.74%-54.81%的复合相变材料,其理论等效导热系数在61.16 W·m-1·k-1-91.40W·m-1·k-1之间。     

泡沫铜相变材料在运血车中的储能应用研究

为解决运血车制冷机组反复启停和耗能大的问题,提出了采用泡沫铜相变储能管顺排布置于风道的方案.针对储能管进行了相变储能实验,获得了相变材料温度-时间的变化曲线.针对储能管和运血车风道系统建立了相应的数学模型和物理模型,采用数值模拟方法研究了储能管相变过程和风道加装储能管后的流场和温度场分布.最后对实验结果和仿真结果进行了对比.结果表明,加装泡沫铜相变储能装置可以改善运血车制冷机组的性能.研究结果对泡沫铜相变材料的应用和运血车制冷系统改进具有重要的工程意义.     

基于复合相变储能材料的研究进展

相变储能材料具有储热密度高,储热过程中温度变化非常小的优点。相变储能材料已广泛应用于热泵、太阳能利用等领域。本文综述了近些年来复合相变储能材料的研究状况,包括相变储能材料的制备、传热强化、相变过程数值模拟和应用等,并对复合相变储能材料的发展作了展望。     

相变材料蓄冷球蓄冷过程的数值模拟

采用ANSYS程序对一种相变材料蓄冷球的凝固过程进行数值计算,得到了在第一类边界条件下蓄冷球的相界面移动速度,各点温度随时间的分布和凝固时间与传热温差的关系.     

泡沫金属基复合相变材料的有效导热系数研究

为了更有效地预测泡沫金属基复合相变材料(composite phase claange material,CPCM)的导热性能,提出了一种新的CPCM相分布模型,以此为基础建立了带有空穴子模型的简化传热模型,并利用等效热阻法推导得到泡沫金属基CPCM有效导热系数的通用计算式.传热模型考虑了相变过程中相变材料(plnase change material,PCM)的体积变化和空穴分布的影响,使得有效导热系数的计算结果更加符合实际.     

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。     

相变蓄热系统放热过程性能实验研究

本文通过对热泵空调系统的相变蓄热冷凝热回收装置进行放热实验,分别测试了不同冷水进水温度和不同水流量下蓄热箱中石蜡及蓄热箱热水出口温度的变化情况。实验结果表明:水流量对石蜡凝固过程的影响较小,提高水流量或者冷水温度可以在一定程度上缩短获取热水时间,但会相应增加能耗;石蜡初始温度提高,石蜡释放显热的速率加快,可以缩短获取热水时间;提高系统的蓄热效率对冷凝热的回收和利用有较大意义。     

膨胀石墨/石蜡复合相变材料相变过程的热分析

利用膨胀石墨的层状结构及其高热导率制备了膨胀石墨/石蜡复合相变储能材料。采用层状复合材料的热传导模型,通过ANSYS软件对膨胀石墨/石蜡复合相变材料的相变过程进行数值模拟。结果表明,与纯石蜡相变材料相比,膨胀石墨/石蜡复合相变材料中加入膨胀石墨的强化传热性能效果很显著。     

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。     

新型复合相变材料研究新进展

相变储能技术的发展对能源的有效利用和高科技产品的研发具有重要的意义,概述了传统相变材料的不足,引出新型相变材料的概念。结合近年来国内外新型相变材料的研究状况,系统概括和阐述了几种复合相变材料的制备方法,并对它们的特点进行了分析。最后,展望了新型相变材料的研究方向。     

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。     

脂肪酸相变材料导热系数测试及相变传热过程的数值模拟

相变材料在相变过程中由于材料本身状态的变化,其相变传热过程属于具有移动边界的非线性过程,针对相变材料相变传热过程中非线性传热特征,对月桂酸-癸酸混合脂肪酸相变材料的热性能进行了研究,利用差示扫描量热法(Differential Scanning Cal-orimetry)对相变材料的相变潜热和相变温度进行了测试,利用DRE-2C导热系数测定仪测试了不同摩尔比例脂肪酸相变材料以及相变材料在不同测试温度下的导热系数,通过将无机多孔材料硅藻土和脂肪酸相变材料混合制备了一种无机复合相变材料,并对其导热系数和蓄放热性能进行了测试,利用有限元法对相变材料的相变过程进行了数值模拟。研究表明,脂肪酸相变材料的导热系数和其相变温度呈反比关系,相变材料的相变温度越高,其导热系数越低。对于同一相变材料来说,相变材料的导热系数随着材料温度的升高而升高,硅藻土的掺入明显增加了相变材料的导热系数,复合相变材料蓄放热速率加快,改善了相变材料的传热性能。有限元模拟分析法可以较好地描述相变材料的传热过程,相变材料的导热性能需要强化以提高其蓄放热的速率和频率。     

自然对流对泡沫金属复合相变储能的影响实验研究

制作了四面绝热的泡沫金属/石蜡复合相变储热装置,在不同功率密度下分别对存在自然对流和不存在自然对流两种情况下装置的固-液相变储热过程进行了对比实验研究.整理绘制了在不同加热功率下的温度-时间曲线,并采用常热流边界条件下半无限大物体熔化过程的数学解对实验件受热面温度进行了模拟,结果表明在大功率密度情况下从底部加热会形成较为明显的自然对流,并且自然对流的存在增强了储热装置的内部传热,储热效率提高为原来的1.38倍,在5000W/m2功率下热源最大温度比原来低26℃.     

添加相变材料微胶囊的聚氨酯泡沫制备及表征

在聚氨酯发泡体系中加入正十八烷微胶囊,制备含有相变材料微胶囊的聚氨酯泡沫.相变材料微胶囊能很好的埋置于聚氨酯基体中,泡沫的储热量随微胶囊含量的增大而增大,舍有20%(wt)相变材料微胶囊的泡沫储热量为24.7J/g,该泡沫可用作保温材料.     

泡沫金属湍流射流发泡过程数值模拟研究

应用欧拉-欧拉双流体模型,并采用分别描述气泡和液相湍流的k-ε两相湍流模型,描述制备泡沫金属过程中气体射流发泡过程的两相流动.通过对气泡和液体在流场中的受力分析,详细讨论了阻力、升力等相间作用力对气泡分布和流体流动的影响.预测结果和文献中的实验结果进行的对比表明,在给出合理的相间作用力模型时,该模型预测值和实验结果符合较好.但由于目前尚缺乏气体射流破碎模型,喷嘴附近还存在较明显差异.     

钛铜复合棒挤压过程的数值模拟

采用Deform-3D有限元软件对扁形钛铜复合棒的挤压过程进行了数值模拟研究,得到了挤压过程中钛和铜的流动规律及应变场分布.分析了挤压速度对产品表面质量、钛铜相对滑移量及钛层厚度的影响.结果表明:随挤压速度的加快,钛铜相对滑移量增加,而钛层厚度变化不大;当挤压速度为100mm/s时挤压产品的质量最好.