含不同结构金属骨架石蜡相变传热数值模拟

分别将2种三维金属骨架(面中心法金属骨架,圆柱交叉金属骨架)加入纯相变材料(石蜡)制备复合相变材料1,2。采用数值模拟方法,模拟相变传热过程,分析加热过程纯相变材料,复合相变材料的温度变化,液相率变化,速度场分布。容纳石蜡的方腔长×宽×高为5 cm×2 cm×5 cm,方腔左壁面为加热面,温度为65℃,其他壁面绝热。纯相变材料,复合相变材料的初始温度均为25℃。相同加热时间,复合相变材料的平均温度明显高于纯相变材料。对于纯相变材料,热量向方腔右侧壁面传递缓慢,加入金属骨架可加速热量向方腔右侧壁面传递。相同加热时间,复合相变材料的液相率明显高于纯相变材料。在加热初期,复合相变材料1液相率更高,添加面中心法金属骨架更有利于加速相变蓄热。纯相变材料内部传热由导热和自然对流传热共同作用形成。复合相变材料内部的传热也是由导热与自然对流传热共同作用形成。相同加热时间,复合相变材料1的液相区域要大于复合相变材料2,且相变更加均匀。对于纯相变材料,熔化过程中,石蜡的流动主要集中在加热面附近及左上角,角化现象明显。对于复合相变材料,在接近完全熔化及完全熔化状态,固态石蜡基本熔化完成,方腔内液态石蜡温度基本趋于一致,自然对流强度减弱,复合相变材料1,2内石蜡的流动并不明显。与复合相变材料2相比,复合相变材料1的速度场分布更加均匀。面中心法金属骨架的综合性能更优,适合作为相变材料的强化传热金属骨架。     

泡沫铜/石蜡复合相变材料融化过程的换热特性

为了研究强化相变蓄热器的换热情况,搭建了矩形腔体内填充泡沫金属/石蜡的实验台,在恒壁温条件下,进行了泡沫金属/石蜡复合相变材料的融化蓄热实验.根据实验数据绘制了不同加热温度下石蜡内部温度随时间变化曲线,分析了腔体内自然对流对温度分布的影响、传热温差对蓄热时间的影响.结果表明,泡沫金属的高导热性能强化了石蜡在腔体内的融化...     

金属翅片、骨架强化石蜡相变传热的数值模拟

在充满相变材料(石蜡)的矩形腔体内分别添加金属翅片、金属翅片和金属骨架,采用模拟方法研究纯石蜡方腔、含翅片方腔、含翅片(即金属翅片)-骨架(即金属骨架)方腔对腔体内石蜡相变传热的影响。3种方腔内的相变传热过程均为导热与自然对流传热共同作用。含翅片-骨架方腔中的石蜡熔化速率最快,且完全熔化时间最短。含翅片方腔中的石蜡熔化速率最慢,完全熔化时间最长。纯石蜡方腔中的石蜡熔化速率与完全熔化时间居中。相同加热时间,含翅片-骨架方腔的中心线温度分布最均匀,且高于其他两种方腔。含翅片-骨架方腔的中心线平均温度最先达到稳定,然后是纯石蜡方腔,最后是含翅片方腔。在3种方腔中,含翅片-骨架方腔有利于加速石蜡熔化速率,缩短熔化时间。含翅片方腔阻碍自然对流传热,不利于石蜡的相变传热。     

多相变材料蓄热器蓄热特性数值模拟研究

本文基于单蓄热介质套管式蓄热器蓄热过程中换热流体沿流向的温度分布特点,提出了多相变材料套管式蓄热器,并采用数值模拟的方法研究了该蓄热器的蓄热过程特性,分析了蓄热过程中换热流体沿流向的温度变化特性,蓄热材料的熔化及温度分布特性。与单蓄热介质(切片石腊)相比,多相变材料(切片石腊和石蜡C16)蓄热器换热流体出口温度降低了38%,且达到相同液相率时其蓄热时间缩短了15%。结果表明,在蓄热时,相变材料的熔化温度随换热流体温度降低而相应降低将有利于提高蓄热速率、增大单位时间内的蓄热能力。     

数值模拟分析自然对流对管壳式相变蓄热装置熔融过程的影响

随着能源优化配置和清洁供热的需求越来越高,提高固液相变蓄热的换热效率成为相变蓄热中的重要问题,特别是自然对流影响。本文运用数值模拟方法研究了水平单管管壳式的Ba(OH)2·8H2O蓄热装置中自然对流与无对流对其熔融过程的影响,对熔融过程相界面进行了详细的描述。结果表明,在熔融过程中,对流传热在5min～30min内成为传热主导方式,较高温度的液相材料上升,而较低温度的液相材料下降,从而产生循环对流,使上部区域相较于换热管下部区域先熔融,自然对流加速换热管中上部区域换热效率,但对下部区域换热效率影响较小。总体来说,自然对流使相变材料熔融时间缩短19.23%。     

不同结构金属翅片对石蜡相变传热的影响

分别将两种金属翅片(翅片1、翅片2)加入纯相变材料(石蜡),制备复合相变材料1、复合相变材料2。容纳石蜡的方腔长×宽×高为20 mm×10 mm×20 mm,翅片1的长×宽×高为15 mm×10 mm×1 mm,翅片2是在翅片1的基础上增加6个直径为3 mm通孔,金属翅片设置在方腔内部,垂直于左壁面平行布置。石蜡的初始温度为298.15 K,相变开始之前石蜡为固态。方腔左壁面为加热面,温度恒定为338.15 K,其余各面为绝热面。采用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟方腔内石蜡的相变过程,分析加热过程中纯相变材料、复合相变材料的液相率分布、液相率随时间变化、速度场分布。纯相变材料内,在导热和对流换热的共同作用下,石蜡从左上角开始熔化直至右下角石蜡完全熔化。方腔内金属翅片的加入可改善熔化过程的均匀性,缩短了熔化时间。纯相变材料、复合相变材料1、复合相变材料2石蜡完全熔化时间分别为302、106、90 s,复合相变材料1、2比纯相变材料完全熔化时间缩短了约64%、70%,复合相变材料2比复合相变材料1完全熔化时间缩短了约15%。在石蜡熔化初期,主要以导热为主,复合相变材料...     

含穿孔翅片腔体中石蜡相变传热特性研究

由于相变材料传热性能差，添加翅片可以改善其传热性能。本文采用数值模拟方法研究了在石蜡中添加交叉翅片骨架的复合相变材料的热性能，分析了复合相变材料的温度变化、熔化过程和骨架在不同方向穿孔及大小对复合相变材料热行为的影响。结果表明，横小纵大穿孔骨架对复合相变材料热性能提升显著，在节约材料的同时，增加了方腔蓄热量，与纯石蜡相比，复合相变材料的熔化时间缩短了56%。交叉穿孔翅片方腔中表现为大环流伴随小环流的流动特征，铝骨架与石蜡温度特征点处会出现沉积现象，造成温度波动。     

同心套管相变蓄热装置内管数量的优化模拟

以石蜡作为相变材料,在填充率一定的前提下,分析同心套管相变蓄热装置(以下简称蓄热装置)内管数量对石蜡熔化过程的影响。以4内管为基准,考虑石蜡熔化时间、单位长度内管换热面积,确定最优的内管数量。石蜡的温度变化先快后慢,最后趋于稳定。时间相同时,内管数量越多,石蜡平均温度越高。相同时间,不同内管数量蓄热装置横截面的石蜡液相率均呈上大下小。相同时间,内管数量越大,蓄热装置内未熔化的石蜡越少。在石蜡液相率趋于稳定前,内管数量越多,相同时间石蜡液相率越大。蓄热装置的最优内管数量为10。     

用于海水养殖的管壳式梯级相变蓄热装置内部传热特性的数值模拟研究

为了解决海水养殖中太阳能不连续、不稳定的蓄热问题,本文设计了可用于海水养殖行业的高效梯级相变蓄热器模型,并对其内部传热特性进行了数值模拟研究,分别对同一工况下每级PCM(PCM1、PCM2、PCM3)内部上中下三部分位置的传热特性进行了分析和讨论,同时还探究了梯级相变蓄热装置中每级PCM内相同位置的传热特性差异。结果表明:管壳式梯级相变蓄热装置在充热前期内部传热以热传导为主导,中后期以自然对流为主导;PCM上中下三部分都有较显著的传热差异,PCM3熔化速度较PCM2、PCM1快,PCM下部与中部之间的对流传热是影响换热器整体相变速率的关键。本文建立的管壳式梯级相变蓄热模型可为高效梯级相变蓄放热装置的结构设计提供依据,以推动高效梯级相变蓄热技术在海水养殖等行业的大规模应用。     

含翅片矩形腔体内相变材料传热特性研究

相变材料低导热特性影响相变传热进程,添加金属翅片可有效提高相变材料传热速率.本文通过使用有限元软件模拟相变材料的熔化过程.通过改变翅片高度、翅片厚度、翅片个数、加热壁面的温度以及将铝片换为导热性能更好的铜片来研究相变材料熔化过程.研究结果表明:增加翅片高度、翅片个数和提高热源壁面温度对强化换热效果具有显著的作用,增加翅...     

Eutectic mixtures of capric acid and lauric acid applied in building wallboards for heat energy storage

Capric acid (CA) and lauric acid (LA), as phase change materials (PCM), can be applied for energy storage in low temperature. The phase transition temperature and values of latent heat of eutectic mixtures of CA and LA are suitable for being incorporated with building materials to form phase change wallboards used for building energy storage. 120, 240 and 360 accelerated thermal cycle tests were conducted to study the changes in latent heat of fusion and melting temperature of phase change wallboards combined with the eutectic mixtures of CA and LA. Differential scanning calorimetry (DSC) tested the transition temperature and latent heat. The results showed that the melting temperature and latent heat of these phase change wallboards with eutectic mixtures have not obvious variations after repeated 360 thermal cycles, which proved that these phase change wallboards have good thermal stability for melting temperature and variations in latent heat of fusion for long time application. Therefore, they can be used for latent heat storage in the field of building energy conservation.     

水泥混凝土导热性能影响因素及预估模型研究

为提高融冰雪效率,研究具有良好导热性能的混凝土铺面材料,通过试验得出了普通、钢纤维、碳纤维混凝土的配合比,采用热传导仪测定了它们的导热系数λ.系统研究了骨料体积分数、砂率、水灰比、温度、纤维种类和掺量对混凝土导热系数的影响规律,并基于广义灰关联法对各因素进行排序,依据测试结果和影响规律建立了以上3类混凝土导热系数预估模型.结果表明:钢纤维混凝土最适宜作为融冰雪路面材料;纤维种类和掺量对混凝土导热性能起主导作用,骨料体积分数、温度和水灰比的影响次之,砂率的影响最小.     

有机蒙脱土改性PP-R的热学性能及显微结构研究

用熔融插层法制备了PP-R（无规共聚聚丙烯）／OMMT（有机蒙脱土）及PP-R／OMMT／PP-MA（马来酸酐接枝聚丙烯）纳米复合材料;用X小角衍射检测了PP-R／OMMT及PP-R／OMMT／PP-MA纳米复合材料中OMMT层间距的变化;用DSC,TGA,TEM等考察了纳米复合材料热学性能、显微结构、线性热膨胀系数等的变化．结果表明：随着OMMT含量的增加,其在PP-R／OMMT纳米复合材料中的插层效果逐渐减弱;m（PP-MA）：m（OMMT）：m（PP-R）为10：4：90时,OMMT在PP-R／OMMT／PP-MA纳米复合材料中的插层效果最佳;随着OMMT含量的增加,PP-R／OMMT纳米复合材料的热分解温度提高,线性热膨胀系数减小;随着PP-MA含量的增加,PP-R／OMMT／PP-MA纳米复合材料的热分解温度呈先升后降趋势．     

使用泡沫铜增强相变材料换热性能的实验研究

针对有机相变材料(PCM)导热系数较低的缺点,通过实验研究了添加通孔泡沫铜金属材料增强相变材料导热系数的方法。选择脂肪酸二元低共熔混合物相变材料作为蓄热介质,通过对其进行DSC测试分析,得到其相变温度和相变潜热。对壳管式潜热蓄热系统填充介质为纯PCM与PCM/泡沫铜复合相变材料两种工况下的熔化过程进行对比实验研究。实验数据表明,与纯PCM蓄热系统相比,添加泡沫铜的蓄热系统换热性能得到增强,整个蓄热器内PCM达到相变温度的时间仅为纯PCM系统的22.5%。     

相变材料应用于建筑外墙的温度与能耗模拟

使用EnergyPlus能耗模拟软件对相变材料作为外墙表面隔热材料的应用效果进行模拟,在小空间和小型办公室的模型上,改变相变材料的相变温度、材料结构和用量等使用条件,并进一步考虑室内热源和不同气候区的影响,对比分析在空调季节里空间内部温度的变化情况和空调节能效果。模拟结果表明:相变温度稍高的相变材料更有利于夜间散热蓄冷,同时,结合双层复合结构可获得更好的温度抑制和节能效果;内热源的存在会提高房间空调能耗的基数,从而使相变材料空调节能率计算值降低,并且在一定程度上掩盖了相变材料对室内平均温度的抑制作用,尽管如此,相变材料在有内热源环境下使用时空调节能量仍与无内热源时相当。     

Numerical simulation of phase change heat transfer of a solar flat-plate collector with energy storage

The technical feasibility of an innovative solar collector is studied in this paper. A phase change material (paraffin) is used in the solar collector to store solar energy. This type of system combines both collection and storage of thermal energy into a single unit. The major advantages of the phase change stores are their large heat storage capacity and isothermal behavior during the melting and solidifying processes. A negative aspect of paraffin is its low thermal conductivity which increases the melting and solidifying time for paraffin energy storage. In this paper, new aluminum foams infiltrated with paraffin are presented. It presents a two dimensional model describing the melting and solidifying processes of paraffin while accounting for both phase change heat transfer and natural convection. Apparent heat capacity method was used to simulate the melting and solidifying processes of paraffin. The simulation results show that the motion of the hot liquid paraffin plays an important role in increasing the heat transfer between paraffin and top surface of solar collector. The shape profile of the pure paraffin solid-liquid interface is determined by the synergistic relationship between its temperature and velocity field. Though aluminum foams impregnated with paraffin will limit motion of the hot liquid paraffin, the heat transfer ability is greatly improved. The distributions of the temperature in the paraffin with aluminum foams are more homogeneous compared with that of the paraffin without aluminum foams. Thus, use of aluminum foams infused with paraffin improves heat transfer and enhances paraffin’s melting and solidifying rates.     

Preparation and characteristics of n-nonadecane/cement composites as thermal energy storage materials in buildings

n-Nonadecane/cement composites as thermal energy storage materials (TESM) were prepared by absorbing n-nonadecane in porous network of cement. In composite materials, n-nonadecane was used as the phase change material (PCM) for thermal energy storage, and cement acted as the supporting material. Fourier transformation infrared spectroscope (FT-IR), X-ray diffractometer (XRD) and scanning electronic microscope (SEM) were used to determine the FT-IR spectra, the crystalloid phase and microstructure of n-nonadecane/cement composites, respectively. The thermal properties and thermal stability were investigated by a differential scanning calorimeter (DSC) and a thermogravimetric analysis apparatus (TGA), respectively. The SEM results showed that n-nonadecane was well dispersed in the porous network of cement. The DSC results indicated that the n-nonadecane/cement composite material has the melting latent heat of 69.12 kJ/kg with melting temperature of 31.86 °C, and solidifying latent heat of 64.07 kJ/kg with solidifying temperature of 31.82 °C.     

颗粒材料黏滑运动特征与颗粒黏结试验研究

 为了研究饱和颗粒材料的黏滑运动特征与颗粒表面黏结机制,采用钠钙玻璃珠,开展颗粒材料的固结排水三轴试验、单颗粒压缩试验、固结试验和热熔试验。三轴试验结果表明：饱和、密实的颗粒材料在高围压条件下具有黏滑运动特征,并且随着有效围压的增大,平均偏应力降幅呈指数增长。试样在滑动瞬间,偏应力骤降,体积突然收缩。试样在黏滞阶段,偏应力逐渐增长,表现为应变硬化;试样体积首先收缩到最小点,然后才开始膨胀。黏滑运动过程中,偏应力变化与围压变化的一致性要好于与孔隙水压力变化的一致性,说明围压监测精度较高。单颗粒压缩试验、固结试验和热熔试验表明,在常温条件下颗粒表面黏结形态与高温条件下的热熔黏结形态完全不同。这是因为常温条件下,颗粒在压力作用下互相接触、压缩,在水的作用下表面逐渐溶解,并在颗粒表面再沉淀导致颗粒黏结,其黏结强度较低且颗粒表面形态变化较小。     

碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝土电热融冰试验

利用碳/玻璃纤维混合编织网的电热性能,开展了碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝土的电热融冰试验研究。结果表明:碳/玻璃纤维混合编织网通电后可以形成稳定的导电加热网络,低电压下即可迅速产生热量使混凝土温度上升,升温过程中电阻率稳定,融冰效果较好。通过分析环境温度、冰层厚度、加热功率等因素对于能耗及融冰效率的影响,为实际应用中的功率控制提供了依据。