石蜡基纳米金属复合相变材料热性能的实验研究

以石蜡为复合相变材料的基体,分别添加氧化铜、二氧化硅和氧化锌的纳米颗粒通过两步法制备多种石蜡基纳米金属复合相变材料。通过改变所添加纳米金属颗粒种类、质量分数和颗粒粒径,对比分析实验模型内复合相变材料蓄放热过程的温度曲线,来探究以上参数对复合相变材料热性能的影响。结果表明,通过添加纳米金属颗粒的方式能够有效提升石蜡的蓄放热性能,添加氧化铜颗粒的效果要优于氧化锌颗粒和二氧化硅颗粒;复合相变材料的导热系数和动力黏度均随颗粒浓度的增加而增大,两者共同决定着复合相变材料的换热过程能否被强化;纳米金属颗粒的粒径越小,越有利于增强对复合相变材料的热性能,添加30 nm粒径纳米颗粒相对于100 nm粒径纳米颗粒蓄热速率能提升26%,放热速率能提升41%。     

石蜡@TiO_2/CNTs复合相变材料制备及其热物性

采用界面聚合法合成石蜡@TiO_2/CNTs复合相变材料,通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)分析了复合材料的微观形貌、化学组成和晶体结构;采用差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)及导热系数仪分析了复合材料的相变性能、热稳定性和热导率。结果表明:石蜡@TiO_2/CNTs复合材料由具有核-壳结构的石蜡@TiO_2微胶囊与碳纳米管(CNTs)复合而成,碳纳米管通过氢键吸附在微胶囊的表面;复合材料的熔点及凝固点比纯石蜡高,碳纳米管质量分数为1%的复合材料的相变潜热为59.57 J/g,且随着碳纳米管质量分数的增大而减小,复合材料在170℃以下具有良好的热稳定性,热导率显著提高。     

不同方法制备LiNO3NaCl/EG复合相变储热材料的热物性分析

选用LiNO_3-NaCl(87:13)二元混合相变熔盐作为相变材料,高导热系数的膨胀石墨作为复合基载材料,分别采用机械混合熔融法和超声波粉碎法制备了LiNO_3-NaCl/EG复合相变材料。通过热重及同步热分析仪对复合材料的热物性进行了测试分析。进而比较了不同制备方法的优缺点,并通过相变理论对材料的相关物性进行了分析。     

膨润土/月桂酸/鳞片石墨定型储热材料的制备及性能

采用天然膨润土和月桂酸分别作为支撑基体和相变材料,通过真空浸渍法合成复合相变储热材料。结果表明,添加鳞片石墨不仅提高复合相变储热材料的导热特性,而且阻止相变材料从复合相变材料中泄露。制备的复合相变储热材料经历200次热循环实验后,仍具有较好的可靠性,具备在热能存储系统中应用的较大潜力。     

基于LBM研究骨架对相变材料融化蓄热的影响

相变储能材料的导热系数低已成为限制其应用的主要问题,在相变材料中添加高导热的固体骨架是解决这一问题行之有效的方法。文章采用三周期极小曲面方法生成固体骨架及描述糊状区的两区域模型,基于格子玻尔兹曼方法(LBM),从孔隙尺度分析了相变材料内填充高导热系数的固体骨架固液相变融化蓄热的变化规律。结果表明:生成的骨架能有效地预测复合相变材料的融化蓄热过程;相变材料的融化蓄热速率与其自然对流强度和有效导热系数有关,对于纯相变材料的融化过程,无量纲参数瑞利数越大自然对流越强,其融化速率越快;当骨架和相变材料导热系数比为10、50、100条件下,融化时间分别缩短了12%、28%、31%;多孔介质骨架孔隙率越低,复合相变材料的有效导热系数就越高,其融化蓄热速率也越高。     

导热填料对HDPE/石蜡定形相变材料性能的影响

采用熔融共混技术,在高密度聚乙烯（HDPE）/石蜡定形相变材料中添加普通石墨、氧化膨胀石墨、超声膨胀石墨以及膨胀石墨（EG）4种导热填料制备导热定形相变材料（PCM）。SEM图表明导热填料可以与HDPE、石蜡均匀混合。添加导热填料后定形相变材料的渗漏率有增大的趋势,但添加普通石墨和超声膨胀石墨时,渗漏率随导热填料含量的增加而增加,添加氧化膨胀石墨和EG时,PCM的渗漏率随导热填料含量的增加而降低。定形相变材料中添加导热填料时其热导率有显著提高。添加EG时,定形相变材料的热导率提高最多,提高率达144.7%。     

低熔点石蜡微胶囊保温砂浆的热性能

以低熔点石蜡微胶囊为相变材料,制备石蜡微胶囊保温砂浆。测试了保温砂浆的热焓、相变温度、导热系数和相变蓄热性能。结果表明：石蜡微胶囊保温砂浆具有良好的蓄热、调温功能和较长的热循环寿命,砂浆体系的相变温度为33℃,相变潜热13.42J/g;随着偶联剂和粘结剂掺量的增加,保温砂浆的导热系数呈下降趋势;随着石蜡微胶囊掺量增加,保温砂浆的导热系数先减后增;与空白试件相比较,相变蓄热砂浆的升降温速率明显要滞后,呈现出较好的蓄热、调温性能。     

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过程,距离加热面较近的石蜡融化后产生的自然对流加速了剩余固态石蜡的融化;而且传热温差越大,自然对流越明显,蓄热时间越短。     

混合石蜡的热物性实验

对低熔点石蜡(十六烷、十八烷)与高熔点石蜡(54#石蜡、62#石蜡)混合物的传热性能进行了实验研究,用以替代价格较高的十八烷,用于立式集热板太阳能热气流电站的蓄热系统中。采用差示扫描量热仪(DSC)对不同质量分数的混合石蜡的相变潜热及相变温度进行了测量,结果表明:随着低熔点石蜡的加入,混合石蜡的相变温度在不断减小,相变潜热介于低熔点石蜡与高熔点石蜡之间;且混合后的石蜡具有良好的循环稳定性。采用热针法对不同质量分数的混合石蜡固态体系、液态体系的导热系数进行了测量,结果表明:混合之后石蜡的导热系数与低熔点石蜡相差不大,石蜡在固态时的导热系数要大于在液态时的导热系数。综合比较可知,混合石蜡可以满足储能需求,并能降低成本。     

球形容器内复合相变材料的约束熔化传热过程

为评估高导热填料对复合相变材料熔化传热过程的影响,采用实验方法定量分析典型球形容器中添加石墨纳米片的十二醇基复合相变材料的约束熔化传热过程.以熔化过程中的瞬时质量熔化率为比较对象,对石墨纳米片的质量分数和恒温加热边界条件进行参数化研究.实验结果表明,随着质量分数的增加,复合相变材料的熔化传热过程从以自然对流为主导逐渐转变为以导热为主导.在所研究的工况范围内,虽然复合相变材料的导热系数有一定程度的提高,但不足以弥补黏度增长所引起的自然对流削弱效应,反而使得熔化过程有所减缓.通过数据拟合得到了熔化率随傅里叶数、斯蒂芬数和格拉晓夫数等特征无量纲数变化的实验关联式,其预测结果的误差小于15%.     

膨胀石墨/石蜡定形相变蓄热太阳能集热器传热行为模拟分析

太阳能光热利用是解决能源危机及环境问题的有效途径之一.基于高导热定形相变材料的太阳能集热器可以实现集热、热量输运及储能于一体,有效实现高效太阳能光热利用.以石蜡(PA)为相变储能材料,膨胀石墨(EG)作为支撑材料及导热和光吸收添加剂,制备了兼具高效光热转换、快速热量输运和高密度能量储存的EG/PA定形相变材料用于蓄热太...     

棕榈酸/石蜡复合相变储能材料

将石蜡(PW)与棕榈酸(PA)熔融超声共混,制备出了一系列PA/PW复合材料。采用瞬态热丝法(SHW,Short-Hot-Wire)测量PA/PW复合材料的导热系数,用差示扫描量热仪(DSC,Differential Scanning Calorimetric)分析复合材料的相变温度(T)和相变潜热(L),采用红外光谱仪(FTIR,Fourier Transform Infrared)对复合物的组成进行表征。复合材料的红外吸收光谱图表明,PW和PA只是简单的物理混合,未生成新物质。复合相变材料的导热系数大致随温度的升高而降低,而在30和50℃左右时由于固-固和固-液相变的作用,导热系数测量值出现了一定程度的升高。复合材料的Ts-s(固-固相变温度)都比PW的略高;与纯PW相比,除PA的质量分数w=35%之外,其他比例复合材料的Ts-l(固-液相变温度)都较纯PW的低;除w=35%的Ls-l(固-液相变潜热)比纯PW的低之外,其他比例复合材料的Ls-l都比纯PW的Ls-l高。     

铝泡沫和石墨泡沫强化石蜡相变传热的数值模拟

针对有机相变材料石蜡导热系数低的问题,通过添加多孔介质的方法以强化石蜡相变传热,并运用CFD软件对石蜡相变传热系统进行二维数值模拟.模拟结果表明:铝泡沫和石墨泡沫都能有效提高相变材料传热速率,铝泡沫的强化传热效果明显高于石墨泡沫的传热效果.随着孔隙率减小,多孔介质/石蜡复合材料的有效导热系数增大,传热速率加快,凝固需要的时间缩短.并且,孔隙率越小,经过相同凝固时间,装置内对应点温度越低.     

辛醇接枝碳纳米管复合相变材料的导热性能研究

通过将碳纳米管（CNTs）用混酸进行处理后在其表面以正辛醇（C8H17OH）进行接枝处理,制得接枝C8H17O-CNTs。经红外光谱分析,所得接枝产物出现区别于C8H17OH上的C-O键特征吸收峰,表明接枝成功。在熔融的石蜡（PW）中加入接枝产物并进行搅拌和恒温超声后制得均匀复合物。复合物导热系数的测量结果表明,随温度的升高纯PW和各个组成的复合物的导热系数基本呈现下降趋势。复合物的导热系数基本随C8H17O-CNTs的含量的增加而增大。其中含质量分数为1.0%C8H17O-CNTs的复合物的导热系数较纯PW的导热系数在各个测量温度都提高了大约0.06 Wm-1K-1。     

太阳能蓄热石蜡类相变材料循环稳定性

研究了石蜡54号~56号、56号~58号、58号~60号相变材料的热稳定性,其相变温度在50~60℃之间.利用差示扫描量热(DSC)技术测定了经过1次、100次、200次、300次反复热循环的相变材料的相变温度和相变潜热,实验结果表明:随着热循环次数的增加,相变材料的相变温度和相变潜热的变化很小. 更多还原     

复合墙体中相变层相对导热系数计算方法

目前相变材料已初步进入工程应用阶段,由于传热过程受比热、导热系数变化及相变作用的影响,相变材料不能像普通材料一样利用导热系数进行材料比选,其热工设计指标的选择具有一定的困难.为此,提出相对导热系数作为相变材料比选的热物性指标,并给出相应的计算方法用以指导相变墙体的热工设计.在一定环境条件下与定物性材料导热能力相同的导热系数定义为相变应用周期内相变材料的相对导热系数.根据此方法计算得到中国不同地区复合墙体相变层的相对导热系数,通过该参数直观地反映出相变材料层全年的动态传热特性,从而对相变材料在不同地区建筑中的应用效果进行评估.通过将不同相变层的相对导热系数进行对比,得出不同相变材料在建筑中的应用效果差异较大.本文提出的相对导热系数能够为不同环境条件下相变材料的优选进行有效指导.     

Preparation of palygorskite-based phase change composites for thermal energy storage and their applications in Trombe walls

Palygorskite/paraffin phase-change composites were prepared by the combination of purified palygorskite clay and sliced paraffin. Then, this composite was used in the Trombe wall to improve its energy storage ability. Further, its energy storage ability was compared to that of ordinary concrete wall through contrastive test. The experiments show that palygorskite clay is a type of clay mineral with strong adsorption ability, and the purity of natural palygorskite clay can reach up to 97.1% after certain purification processes. Paraffin is well adsorbed by palygorskite, and the test results show that the optimal adsorption ratio is palygorskite: paraffin = 2:1 (mass ratio). Palygorskite/paraffin phase change composites can be obtained by using palygorskite as the adsorbing medium to adsorb paraffin. The composite materials exhibit good heat storage (release) performance, which can store heat with increasing environment temperature and release heat with decreasing temperature. This property not only increases the inertia to environment temperature change, but also promotes the energy migration in different time and space, thus achieving a certain energy-saving effect. The application of palygorskite/paraffin phase change composite materials to the Trombe wall can significantly reduce the fluctuation of indoor temperature and enhance the thermal inertia of indoor environment. From the aspect of energy storage effect, the Trombe wall fabricated using PCMs is significantly superior to the concrete wall with the same thickness.     

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。     

Characterization and thermal conductivity of modified graphite/fatty acid eutectic/PMMA form-stable phase change material

We prepared and characterized a form-stable composite phase change material (PCM) with higher thermal conductivity. Capric acid(CA)-myristic acid(MA) eutectic as core, poly-methyl methacrylate (PMMA) as supportive matrix and modified graphite (MG) powders serving as the thermal conductance improver were blended by bulk-polymerization method. The composite PCMs with different MG mass fraction (2%, 5%, 7%, 10% and 15%) were characterized by FT-IR, SEM, DSC technique and mechanical tests. Thermal conductivities of the composites were measured by transient hot-wire method. The results indicate that MG powders have been successfully inserted into the CA-MA/PMMA matrix without any chemical reaction with each other. The MG/CA-MA/PMMA composites maintain good thermal storage performance while the thermal conductivity has been enhanced significantly. The composite PCM added with 15 wt% MG powders increases approximately as 195.9% in thermal conductivity. Moreover, the thermal conductivity improvement of the composite PCMs is also verified by the melting-freezing experiment, which is profitable for the heat transfer efficiency in latent heat thermal energy storage system.