纳米流体工质的基础研究及其蓄冷应用前景

概述了纳米流体中所用纳米颗粒材质的最新进展,分析了不同纳米颗粒和不同基液对纳米流体导热系数的影响。大量的实验数据都表明,纳米粒子的添加对流体的导热性能确实存在影响。最后,探索了它作为相变蓄冷材料的技术优势及其在工业中的应用。     

石墨烯纳米流体相变材料蓄冷特性的数值模拟

鉴于石墨烯高导热性能的特点,将石墨烯纳米流体作为相变材料有望提高蓄冷效率。本文对水基石墨烯纳米流体相变材料的凝固特性进行了数值研究,采用焓-多孔度法追踪固液相界面,分析了石墨烯纳米片质量分数、蓄冷腔体尺寸和几何形状对凝固时间和相界面演化的影响。结果表明,相变材料凝固所需时间随着石墨烯纳米片质量分数的增大显著降低,对于直径为72mm的圆形蓄冷腔体,质量分数为1.2%的石墨烯纳米流体相变材料与去离子水相比凝固时间降低了30.1%,与已有的实验结果相符;随着圆形蓄冷腔体直径减小,石墨烯纳米流体凝固所需时间显著降低,但石墨烯纳米片对凝固的强化作用减弱;在腔体等截面积的情况下,三角形腔体内凝固过程的相界面移动速率明显大于圆形和方形腔体、更有利于促进凝固过程,3种形状腔体内初期凝固都发生在腔体底部、凝固中期相界面形状与腔体本身形状相似、凝固后期相界面趋近于圆形。     

空调相变蓄冷技术实验测试与分析

相变蓄冷系统兼备冰蓄冷系统和水蓄冷系统的特点,该技术克服了普通离心空调机组蒸发温度难以达到0℃以下、城市土地紧张无法建设大容积蓄冷槽等现实问题,为中央空调系统等提供一种更高效的蓄冷技术.     

相变蓄冷材料及系统应用研究进展

相变蓄冷技术利用相变材料在相变时伴随着的吸热或放热过程对能量进行储存和应用,起到控制温度、降低能耗和转移用能负荷的作用。本文综述了相变温度在25℃以下的相变蓄冷材料及其在不同应用场景的筛选依据,介绍了相变蓄冷材料在食品医疗冷链物流、建筑节能控温与数据中心应急冷却、人体热管理和医疗保健的相变纺织品等领域的应用。从调节相变蓄冷材料相变温度、过冷度、热导率和循环稳定性等方面总结了材料热物性的调控策略,分析了不同调控策略存在的优缺点,指出相变蓄冷系统可通过增强蓄冷系统热导率和强化传热结构来改善普通材料传热性能差的问题。最后从复合相变材料制备到系统设计优化和应用场景拓展等方面对相变蓄冷技术研究方向进行了展望。     

新型0℃相变蓄冷材料制备及蓄冷特性

针对冷链物流应用场合,提出并制备了相变温度在0℃左右、潜热较高、过冷度较小的以质量分数5%的山梨醇水溶液为基液的相变蓄冷材料,并通过采用纳米材料对其热物性进行了优化研究,设计制作了一种可直接充冷式蓄冷保温箱,以苹果作为保温对象进行了山梨醇蓄冷保温箱的保冷性能实验。结果显示,采用纳米材料（TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃）可以有效降低蓄冷剂溶液的过冷度并增强其热导率;当TiO₂质量分数为0.50%时,可使质量分数5%山梨醇水溶液过冷度降低至1.4℃;当TiO₂质量分数为0.40%时,5%山梨醇水溶液热导率达到最大值,为0.612W/（m·K）;山梨醇水溶液本身并无相分离现象,但因纳米材料沉淀问题需加一定量的增稠剂,最终经优化所得蓄冷材料的配比为5%山梨醇水溶液+0.40%TiO₂+1.0%聚丙烯酸钠（PAAS）,其相变温度为-2.9℃,潜热焓为293.8kJ/kg,热导率为0.62W/(m·K)。本文提出的蓄冷剂溶液可以使苹果在-1～7℃区间保温20h以上,可满足冷链物流“最后一公里”甚至更长距离冷藏运输的时间要求。     

SiO2纳米流体粘度研究

利用醇盐水解法制备了单分散球形SiO2纳米流体,通过改变不同的参数条件控制颗粒尺寸大小,经透射电镜(TEM)和激光粒度仪分析,其粒度结果一致.在此基础上,对不同粒度和浓度条件下流体的粘度进行了试验研究和理论分析,发现在相同浓度的条件下,随着颗粒尺寸的减小,流体粘度递增.同时我们对低浓度下悬浮液粘度计算公式进行了修正,得到了新的实验关联式,修正式与试验值的最大偏差不超过5%.     

有机相变蓄冷材料中碳纳米管添加剂性能实验研究

针对有机相变蓄冷材料导热系数低、传热性能差的缺点,采用向其中添加碳纳米管,通过超声分散法及添加分散剂制备稳定分散液来改善其导热性能。对分散剂的种类、碳纳米管的质量浓度、超声时间和分散剂的浓度对碳纳米管分散稳定性的影响及添加碳纳米管对导热性能的影响进行了实验研究。研究结果表明,分散剂对碳纳米管悬浮液的稳定性具有关键作用,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)是一种比较理想的分散剂,碳纳米管稳定分散悬浮液的最佳制备条件为:碳纳米管质量浓度0.4 g/L;分散剂SDBS质量浓度0.2 g/L;超声时间80 min。通过在有机相变蓄冷材料加入碳纳米管可以有效增大其导热系数。     

新型复合低温相变蓄冷材料的研制及热物性优化

针对低温冷链物流应用场合,提出一种由三羟甲基丙烷（TMP）、氯化铵（NH₄Cl）和水组成的新型有机-无机复合相变蓄冷材料。首先对该复合材料的不同配比进行DSC热分析实验,筛选出热力性能较优异的材料混合比（TMP∶NH₄Cl∶H₂O质量比为1.0∶2.0∶7.0）。其次,以上述配比的复合材料为基液,研究了添加不同的纳米粒子（三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二铁）对其过冷度、热导率的影响,以及增稠剂（羧甲基纤维素（CMC）、聚丙烯酸钠（PAAS））对其相分离现象的影响,并进行了热循环实验。实验结果表明：添加0.40%(质量分数)的TiO₂纳米粒子对降低该复合材料过冷度效果最佳;添加0.50%(质量分数)的TiO₂纳米粒子对增大其热导率效果最佳;增稠剂CMC和PAAS可以消除该复合材料相分离现象并对其相变温度、相变潜热、过冷度等热物性影响较小。经优化所得最终复合相变蓄冷材料的配比为以1.0∶2.0∶7.0质量比混合的TMP-NH₄Cl-H₂O + 0.40%(质量分数)TiO₂ + 1.0%(质量分数) PAAS,其相变温度为－19.9℃,相变潜热为246.8 kJ/kg,热导率为0.81 W/(m·K),并具有较好的循环稳定性。     

相变蓄冷材料的合成及性能研究

研究了不同无机盐对单一无机盐水溶液最低共熔点的影响,结果表明:添加无机盐可降低单一无机盐水溶液的最低共熔点;添加5％无机盐Kx可以使10．9％KNO3水溶液的最低共熔点从-2．5℃下降到-5．4℃,其相变潜热为307．16 kJ／kg,从而开发出一种新的铁路冷藏车相变蓄冷材料。     

冷藏运输用Al_2O_3-H_2O纳米流体蓄冷相变时间分析

利用恒温浴槽分别对质量分数为5%,Al2O3粒径分别为10,20,50,100,500 nm和粒径为10 nm,质量分数分别为5%,10%,12%,15%,20%的两组Al2O3-H2O纳米流体进行冻结,分析了纳米流体和去离子水在冻结过程中的温度变化,讨论了Al2O3粒径和浓度对冻结过程的影响。结果表明,在去离子水基液中加入Al2O3纳米颗粒,减少了凝固相变时间,且当质量分数为5%时,相变时间随粒径增大而增加,粒径为10 nm时,相变时间最短;当粒径为10 nm,质量分数小于10%或大于12%时,相变时间均随质量分数的增大而增加,但质量分数为12%时,相变时间最短。相对于冰作为蓄冷材料,纳米蓄冷材料可节省蓄冷时间,有效提高能源利用效率。     

相变储能保温砂浆的应用及节能效果

研制的相变储能保温砂浆具有保温隔热、A级防火、相变调温、低碳环保等特点,用于内外墙保温具有显著的节能效果。     

酯类微乳液的相变过程中电导率和黏度分析

以月桂酸聚氧乙烯和聚乙二醇二油酸酯为乳化剂,以油酸酯为油相,制备了不同乳化剂配比和不同油相含量的微乳液,研究了乳液浓度对其电导率和黏度的影响。结果表明,随着微乳液浓度的增大,乳液出现由水包油（O/W）型转变为油包水（W/O）型的相变过程;其伴随的电导率变化和黏度变化有着对应的关系：当电导率升高至平稳阶段对应于黏度的缓慢上升阶段,乳液属于O/W型;当电导率急剧下降阶段对应于黏度的突变阶段,乳液处于相转变（O/W和W/O共存）阶段;当电导率很低且缓慢下降阶段对应于黏度缓慢下降的阶段,乳液属于W/O型;此外,聚醚类化合物可明显降低乳液相转变过程的黏度,其中异构醇聚醚的效果最佳,在添加量为0.5 %（质量分数,下同）时,黏度降低的程度最大。     

封存CO_2在泄漏通道中迁移及相变过程的模拟分析

预测相变位置对封存CO2泄漏过程的监控和风险评估具有重要意义。针对泄漏通道中CO2的非等温流动相变过程,提出了Span-Wagner状态方程与等效比热法的耦合计算方法描述CO2泄漏过程中相变过程,研究了焦耳-汤姆逊效应、黏性耗散效应以及地层传热效应对CO2泄漏相变过程的影响,阐明CO2泄漏过程中相变过程的影响因素及其作用。研究表明:虽然焦耳-汤姆逊效应和黏性耗散对泄漏通道温度的作用相反,但两者均使泄漏CO2液气相变位置向深层移动;增强泄漏通道与地层之间换热将使泄漏通道温度降低,焦耳-汤姆逊效应和地层换热的共同作用将进一步降低泄漏通道的温度,导致泄漏CO2液气相变位置向浅层移动,泄漏通道出口处CO2的泄漏流率增大。     

TiO2与SiO2掺杂对Al2O3相转变的研究

通过球磨混合法,制备TiO2、SiO2和TiO2+SiO2掺杂的Al2 O3粉体,经不同温度煅烧后进行X射线衍射(XRD)测试,比较研究这三种掺杂对Al2 O3粉体相转变温度的影响.研究结果表明,TiO2、SiO2掺杂对γ-Al2 O3向α-Al2 O3的相转变均有促进作用.在掺杂质量分数为0.5％的情况下,二者可分别...     

相变储能材料的研究进展

综述了用于节能领域的相变储能材料的分类及其性能、优缺点;重点论述了新型相变材料的研究发展;并探讨了相变材料在太阳能利用、医疗、建筑节能等领域的应用;展望了未来相变材料的发展方向和应用前景。     

连续相黏度对膜乳化结果的影响

Oil-in-water(o/w) emulsions were produced with a membrane emulsification system. The effect of the continuous phase viscosity on the emulsification was studied. The theoretical analyses show that the continuous phase viscosity influences not only the flow field of the continuous phase but also the interfacial tension. The droplet size distribution and disperse phase flux for different continuous phase viscosity were investigated experimentally at constant wall shear stress and constant volume flow rate of the continuous phase respectively.     

固-固相变储能材料的研究

研究了四氯合金属 ( )酸二正十八烷胺 ( n- C18H37NH3) 2 MCl4 ( M=Mn2 +、Cu2 +、Fe2 +、Cd2 + 、Ni2 + 、Zn2 + 和 Co2 + )和二氯二正十八烷胺合铜 ( ) ( n- C18H37NH2 ) 2 Cu Cl2 类化合物的合成、表征和固 -固相转变的研究 ,并测定了该类化合物的热分解反应动力学参数。在 35 0～ 390 K温度区间 ,该类化合物具有 80～ 1 0 0 k J/mol的固 -固摩尔相变焓 ,是一类具有开发前途的固 -固相变低温储能材料。     

沉淀法制备条件对氧化钛相变的影响

采用沉淀方法制备了纳米TiO2,探讨了制备过程中前驱体及溶剂对二氧化钛从锐钛矿到金红石相变的影响.结果表明:采用钛酸四丁酯(Ti(OBu)4)、异丙醇钛(TTIP)及钛酸四乙酯(Ti(OEt)4)为前驱体时,TiO2相变温度顺序为Ti(OBu)4＞ TTIP ＞Ti(OEt)4;不同溶剂制备的TiO2相变的温度不同,从锐钛矿转化为金红石晶相的温度由乙二醇＜甲醇＜乙醇方向增加.     

Experimental Studies of Hydrodynamics and Regime Transition in Bubble Columns

The detailed flow structures in bubble columns with and without internal draught tube have been investigated using the PIV technique. The onsets of transition due to vortex formation and different flow patterns with and without draught tube have been studied using the drift‐flux model and the experimentally measured Reynolds stresses. The role of solid particles and liquid viscosity, as well as bubbling orifice configuration on the flow patterns and regime transition has also been studied and discussed.