石膏基相变储能构件的数值模拟分析

以石蜡为相变储能材料,石膏为基础材料,制备不同配比的石膏基-石蜡相变储能构件并利用现有热工测试方法进行了热工性能测试。将测试数据代入经验证过的相变模型模拟了北京地区被动式建筑中相变构件的应用效果,并对结果进行了优化处理。结果表明:随着石蜡含量的增大,相变构件的热导率随之减小;制备的四种配比中PCM质量分数为33%的相变构件在北京地区被动式建筑中应用效果最好,在过渡季中较传统建筑可节能10%;增大构件的热导率与提高墙体表面对流传热系数均可提高室内舒适度与节能效果,且对流传热系数的影响程度更大。     

石膏基复合相变储能材料的研究进展

建筑能耗、工业能耗和交通能耗是能源消耗的主要方式。其中,建筑能耗约占能源消耗的40%左右,建筑能耗的持续上升会增加碳排放和加速化石能源的消耗,因此提升建筑材料的保温节能性能逐渐成为建筑材料领域的研究热点。储热技术不仅可以降低建筑能耗,还可以减少环境污染。相变储能材料具有优异的储放热能力,是实现热能储存以及温度控制的重要技术手段,在建筑节能领域有广阔的应用前景。该文主要综述了石膏基复合相变储能材料的研究进展,根据石膏基相变材料的不同,分析归纳了石膏基有机相变材料和石膏基复合相变材料,介绍了浸渍法、多孔材料吸附法、微胶囊法等制备石膏基复合相变储能材料的方法和机理,以及影响石膏基相变储能材料的因素。最后,展望了石膏基相变储能材料的研究方向。     

蒸汽列管回转脱硫石膏干燥机的数值模拟

根据初步的实验和蒸汽列管回转干燥机传热机理的分析研究,对干燥机内固体颗粒运动轨迹、固体浓度场、速度场、温度场等采用多相流与粒子传热模型来描述,并以CFD软件为平台,将实际工程情况进行简化后对间接换热蒸汽列管回转石膏干燥机进行了数值模拟。与实验结果对比表明,该模型具有较高的模拟精度,可为间接换热蒸汽列管回转石膏干燥煅烧机的工程设计及结构优化提供参考。     

相变储能脱硫石膏保温砂浆的制备

相变储能脱硫石膏保温砂浆是一种替代粉刷石膏打底料的内墙抹面材料,涂层兼具找平层、保温、调温、微调湿功能,是一种环保节能型新产品,由复合胶结材料、轻集料、相变储能定型材料及多种外加剂组成。     

高分子基相变储能材料的研究进展

根据相变介质与基体的结合方式,将高分子基相变材料分为3大类:即以高聚物为基体的复合相变材料、交联型结晶高聚物相变材料和接枝型结晶高聚物相变材料。详细介绍了各种相变材料的相变机理和研究成果,对高分子基相变储能材料的应用和未来研究方向做了评述。     

泡沫铜/石蜡复合相变储能材料的储放热过程及数值模拟

作为储热和热管理技术的重要材料之一,相变储能材料通常具有储热密度较大、相变温度变化较小的优势,但其热导率较低,热传递效率较差。本文将泡沫铜用于石蜡相变储能材料的传热强化,通过测定相变储能材料储放热过程的温度变化,考察了添加泡沫铜对相变储能材料储放热速率和温度均匀性的影响,且在实验基础上对储能材料的放热过程进行建模并求解,得到温度云图,为实际应用提供理论依据。结果表明,添加泡沫铜后,石蜡的相变储热和放热时间分别缩短了16.67%和14.71%;储放热过程复合材料中心层与外层中心点的最大温差分别降低了91.5%和87.5%;建立放热过程相变储能材料温度随时间变化的模型,对比实际值和模型预测值,得到相关系数及标准误差分别为0.99℃和0.13℃,证明该模型准确度较高,可有效预测相变储能材料的温度变化情况。     

脱硫石膏基相变砂浆的制备研究

以硬脂酸丁酯为相变材料、膨胀珍珠岩为载体,采用减压吸附法制备了定型相变材料,然后加入脱硫石膏和外加剂配制成相变砂浆。当定型相变材料添加的质量分数为15%(硬脂酸丁酯吸附的质量分数为45%)时制备的砂浆性能最好。对比相变砂浆和普通砂浆的降温曲线,相变砂浆具有温度调节功能,能够实现能源的合理利用。     

基于CFD缩放管管外相变传热的数值模拟

文章利用Fluent软件对缩放管和光滑管管外相变传热进行了数值模拟,分析了质量流量、热流密度的变化对螺旋管管外沸腾换热系数的影响。模拟得到了缩放管管外饱和泡状沸腾过程中体积含汽率的分布规律和换热系数;并和光管进行了比较,结果表明缩放管外侧能够很好的强化沸腾传热。     

新型肋片管式相变蓄热结构的数值模拟

在相变材料的物性、传热边界条件给定的条件下,利用FLUENT软件对一种新型肋片管式相变蓄热体进行了融化过程模拟分析.模拟结果显示:翅片高度一定时,相变材料的温升和液相分数的增长随时间延伸先快后慢,大部分相变材料的融化集中在一个特定的温度段内;融化时间一定时,两者又随肋片高度的增长而减小.     

黄原胶对不同相变温度芒硝基相变储能材料性能影响

采用FT-IR、XRD筛选速溶高粘XG作3种温度梯度芒硝基相变储能材料粘稠剂,从微观形貌以及相变体系酸碱度对粘稠剂稳定性影响方面进行了研究分析,研究表明,选择防相分层效果最佳的速溶高粘XG作为22℃、14℃、7℃芒硝基相变储能材料粘稠剂.同时研究了速溶高粘XG在3种温度梯度芒硝基相变储能材料中的最佳添加量,以及对3种温度梯度芒硝基相变储能材料热焓值、过冷度的影响.结果表明:22℃、14℃和7℃芒硝基相变储能材料中速溶高粘XG添加量分别为1.4％、2.4％、1.0％时能够防止相分层,相变温度分别为23℃、12.5℃以及9.8℃,热焓值分别为197.5 J/g、111.1 J/g、56.83 J/g,23℃、12.5℃相变温度芒硝基相变储能材料未出现过冷度现象,9.8℃相变温度储能材料产生0.1℃的过冷度.     

泡沫金属铜/石蜡相变蓄热过程的数值模拟

在装有纯石蜡的相变蓄热箱中加入泡沫金属铜，利用Fluent软件，模拟研究石蜡相变蓄热箱在加入泡沫金属铜后，箱内石蜡温度分布的均匀性、稳定性及相变蓄热的变化规律。模拟结果显示，泡沫金属铜的加入，大大提高了石蜡的蓄热性能，缩短了石蜡相变的时间；且加入泡沫铜后，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。数值模拟结果与实验测试数据平均误差15.7%，与实测值吻合较好。     

相变材料步冷过程模拟分析

大部分的相变材料都具有一定的过冷度,这限制了相变材料的广泛应用。充分了解相变材料在凝固过程中的温度变化情况对于相变材料性能分析具有重要意义。基于集中参数法和等效比热容法建立了相变材料步冷过程温度变化模型,并通过实验验证了该模型。同时运用模型研究了相变材料过冷度与有效潜热值对其凝固过程中温度变化的影响并得出结论：相变材料开始凝固的时间与相变持续时间均与其过冷度呈指数关系;相变材料开始凝固的时间随着过冷度的增大而增长,相变持续时间随着过冷度的增大而缩短;相变材料开始凝固的时间与其有效潜热大小没有关系,而相变持续时间与其有效潜热值呈明显的线性正比关系。     

通风与相变耦合条件下围护结构最佳蓄热性能

现阶段用于建筑围护结构的相变构件在蓄热阶段存在蓄热速率较低的问题。为了提高相变构件在蓄热过程中的蓄热速率,将相变构件与机械通风相结合,搭建了相变构件热性能研究实验台,测试了不同送风温度和送风风速工况下相变构件的蓄热性能,采用了有限差分法通过Matlab软件对相变构件蓄热过程进行数值计算以拓展实验送风温度工况,将风机能耗考虑在内,对系统整体的节能效果进行了分析,提出了有效的送风方法。结果表明：提高送风温度或风速可缩短构件相变完成时间,同时可以提高构件表面蓄热热流,当送风风速为1.0 m·s^-1,送风温度由34℃提高到80℃时,液化过程的平均热流由23 W提高到322 W;同一送风风速工况下,最佳送风时间最终稳定在固定值;在送风温度80℃,送风风速2.0 m·s^-1条件下,送风1.6 h时,系统能达到最大节能量,为891.8 kJ。     

相变储热技术研究进展

相变储热技术是储能技术的主要方向之一,在太阳能、风能发电、工业余热回收利用、分布式能源系统等领域具有广泛应用。本文通过梳理总结近年来国内外关于相变储热技术的研究成果,对相变材料进行分类并对其性质、优缺点、适用范围等进行了详细介绍。本文针对相变材料在实际使用中存在的泄漏、腐蚀、过冷、传热性能差等缺陷,重点介绍了复合相变储热技术及传热性能强化技术。指出当前相变储热技术存在的不足并对相变储热技术的未来发展方向进行了展望,可靠的复合相变技术、高效的传热强化技术、提高储热材料高温及循环稳定性等方面应是未来的主要研究方向。该综述研究对相变储热技术的进一步研究和开发具有重要参考价值。     

不同气候条件下相变屋顶传热性能数值分析

相变墙体可以有效降低建筑能耗并提高热舒适性。相变屋顶多孔砖内部填充相变温度为25~33℃的石蜡,引入考虑辐射与空气温度的等效温度,本文利用高性能计算显卡（GPU）加速基于焓法的多松弛时间格子玻尔兹曼算法（MRT-LBM）,分析了2020年8月典型天气下中国7个城市应用不同相变温度的石蜡对屋顶热响应特性的影响。采用相变温度为27℃的石蜡进行研究,结果表明,上海地区相变屋顶中的石蜡没有发生相变,空调运行期间由屋顶进入室内单位面积的热量高达324.3kJ/m²;成都地区相变屋顶中的石蜡液化率变化最大为30%,内表面温度在25.6~27.3℃波动,温差仅为1.7℃,由屋顶进入室内单位面积的热量仅为50.9kJ/m²;武汉和北京地区的液相率变化很接近,其相变时间达到全天的50%,对应的由屋顶进入室内单位面积的热量为上海地区的0.37倍;昆明与哈尔滨地区屋顶内表面温度波动分别达到4.5℃与4.4℃,但对应的温度均在28℃以内;广州地区相变屋顶中的石蜡几乎没有发生相变,室内温度波动幅度为成都的2.6倍。北京、成都、武汉和昆明地区适合采用相变温度为27℃的石蜡,而广州、上海和哈尔滨地区适合采用相变温度为29℃、31℃和25℃的石蜡。本文工作可为相变建筑优化设计提供参考。     

相变微胶囊悬浮液圆管内换热特性模拟

相变微胶囊悬浮液在相变过程中具有较大的相变潜热,可以减小温度的变化程度,且比单相流体具有更高的对流换热系数,成为广泛关注的新型热工流体。本文针对相变微胶囊悬浮液在等热流边界条件下的管内层流,根据差示扫描量热法所得到的相变温度范围,采用矩形等效比热容模型,进行了数值模拟分析,并结合以溴代十六烷为相变材料的相变微胶囊悬浮液的实验数据,将数值模拟结果与实验结果对比并进行误差分析。又对在不同质量分数、不同热流密度条件下的对流换热进行研究,分析了不同参数对对流换热强度的影响。并通过拟合得到了相变微胶囊悬浮液圆管内对流换热关联式。然后改变管径、流速条件重新模拟验证该关联式的通用性,其结果表明模拟结果与预测公式高度吻合,该关联式的通用性较好。     

TPMS多孔铝-石蜡复合相变材料蓄热过程数值模拟及实验

传统相变材料受限于自身热导率小,其相变蓄热效率难以提升,通过在相变材料中添加具有高热导率的金属多孔结构是强化传热的重要手段之一。本文建立了三周期极小曲面（triply periodic minimal surface,TPMS）多孔铝-石蜡复合相变材料的三维、瞬态包含自然对流的相变蓄热模型,利用数值仿真结合实验的方法研究了TPMS多孔铝-石蜡复合相变材料在蓄热过程中的固液相界面演变规律、实时温度变化、热传输特性以及蓄热性能。结果表明,在纯石蜡中添加primitive杆状（primitive sheet,PS）、primitive壳状（primitive network,PN）两种TPMS多孔铝结构后,石蜡相变温度范围内出现明显的相变温度平台,PS-石蜡、PN-石蜡复合相变材料的相变起始时间较纯石蜡分别减少了74.1%与91.4%,竖直方向上的最大温度梯度由纯石蜡的1605.7℃/m分别下降至PS-石蜡、PN-石蜡复合相变材料的840℃/m、943.8℃/m,蓄热速率较纯石蜡分别提高3.10倍、4.69倍。最后,通过选区激光熔化（selective laser melting,SLM）技...     

太阳能热水相变炕体蓄放热性能及影响因素

提出一种太阳能热水相变蓄热炕的新型供暖系统，系统无须设置水箱，仅使用炕板与相变材料作为蓄热装置，可有效提高供暖效率。基于Fluent数值模拟平台，建立相变炕的二维非稳态传热模型，研究相变炕的蓄放热性能，并与混凝土炕的热性能进行对比；还分析了相变材料的相变温度和潜热对相变炕蓄放热性能的影响。结果表明，在设定工况下，与混凝土炕相比，上炕面的日间与夜间稳定温度分别提高2℃和4℃，上炕面最大温差由3.7℃降至0.8℃，全天得热量提高了66.36%。因此，相变炕具有上炕面温度较高、温度分布均匀、得热量大以及保温性能好等优点；提高相变温度，炕体得热量会有所减少，但对提升上炕面温度作用显著；增大相变潜热，可以显著提高炕体得热量，但对提升上炕面温度作用不明显。