基于LBM的泡沫金属与翅片相变储能系统性能对比分析

为了研究翅片和泡沫金属铜对相变储能系统性能的影响,使用四参数随机生长法（QSGS）构建了孔隙密度（PPI）分别为20PPI、30PPI的泡沫铜复合相变材料模型,并构建了等铜质量的翅片相变材料模型。在此基础上,采用格子玻尔兹曼（LBM）数值模拟方法对相变材料（PCM）的储/放热过程进行了数值模拟,基于努塞尔数、液相率、PCM流动速度、PCM熔化/凝固时间对比分析了添加翅片以及添加泡沫金属结构对相变材料换热性能的影响。结果表明,在储热过程中,由于泡沫金属的存在会抑制熔化过程中对流换热的发展,双翅片结构的努塞尔数高于泡沫金属结构,熔化时间更短,相比于20PPI、30PPI泡沫铜复合相变材料分别缩短了28.55%、17.5%;在放热过程中,泡沫金属的存在会增加热传导面积,泡沫金属结构的凝固速度高于翅片结构,30PPI泡沫金属结构的凝固时间相比于翅片、20PPI泡沫铜复合相变材料分别缩短了65.80%、20.24%。综合考虑储放热两个过程,30PPI泡沫金属结构的总储放热时间最短,相比于翅片、20PPI泡沫铜复合相变材料分别缩短了27.81%、15.32%。在耗费相同金属材料的条件下,采用泡沫结...     

基于LBM多孔介质复合腔体交界面热滑移效应的研究

本文采用格子Boltzmann方法对真实多孔介质复合腔体内的对流换热进行研究,分析了不同Ra数、多孔介质高度Y和厚度δ条件下交界面处的热滑移效应,并确定热滑移系数。利用X-CT技术对真实多孔介质材料进行断层扫描,获得实际材料内部结构图片,并进行图片处理,再导入格子Boltzmann模型中进行求解。计算结果表明：等效热滑移系数随高度Y的影响较大,靠近壁面或固体表面的系数偏大,而间隙处的系数偏小,但两处各自的值基本相同;Ra数和厚度δ的变化对等效热滑移系数的作用较小。     

有机相变材料储能的研究和进展

回顾了近十年有机物应用于能量储存的研究工作,这些研究工作被分为有机物相变储能实际应用研究、有机物相变参数及相变循环热稳定性研究、有机物相变过程的相变传热及传热强化研究3个方面。分析讨论了有机物用于储能研究今后需要重点解决的问题。     

相变储能装饰材料在室内设计中的应用北大核心CSCD

国民经济水平的提高使得人们对居住环境的要求越来越高,建设低能耗、低排放的居住环境成为建筑行业的重要发展方向。基于此,人们希望能够有效提高建筑行业能源利用效率,以实现节能低碳的目的,为人们营造性能更加优越、污染与排放更少的建筑环境,为社会生态环境的优化作出贡献。本文汇总了相变储能材料的优势、特点及其在室内装饰设计中的具体应用案例,以期为相变储能技术及其在室内装饰领域的创新发展提供参考。     

脂肪酸类二元储能材料的相变特性与配比调节北大核心CSCD

针对单一脂肪酸相变温度固定,与实际需求匹配性差的问题,提出以癸酸(CA)、月桂酸(LA)、十四酸(MA)、软脂酸(PA)和硬脂酸(SA)五种常见的脂肪酸作为相变材料,将其两两复合,利用低共融理论计算10种二元复合体系的最低共融点和理论质量配比,通过熔融共混法制备二元低共融复合体系并在其低共熔点上下3%~6%调节质量配比,借助DSC测试二元低共融复合体系的相变特性。结果表明,二元低共融体系的理论相变温度范围为21.58~53.90℃,理论相变潜热范围为157.64~191.85 J/g,与五种单一脂肪酸的热性能相比,相变温度降低了约10~15℃,相变潜热值无明显变化;制备的10种二元低共融体系的相变温度范围为19.94~56.49℃,与理论相变温度偏差为1.93%~14.72%;相变潜热为125.78~181.45 J/g,与理论相变潜热偏差为0.18%~19.86%;其中CA二元体系的理论相变温度范围为21.58~30.11℃,适用于建筑节能领域;LA二元体系的理论相变温度范围为35.87~41.15℃,适用于电子器件热管理或调温纺织品领域;MA和PA二元体系的理论相变温度范围为46.05~53.9℃,适用于大体积混凝土温控领域;在低共熔点附近调节配比发现最佳配比与理论计算的低共熔配比偏差在4%以内,验证理论计算的准确性和可行性。本研究结果可为脂肪酸类二元复合相变材料的具体使用范围提供技术参考。     

脂肪酸相变储能板性能及控温效果模拟北大核心CSCD

以膨胀珍珠岩(EP)作为载体,选取CA-MA二元脂肪酸为相变芯材,通过熔融吸附法制备CA-MA/EP定形相变材料。为缓解固-液相变过程中脂肪酸的渗漏问题,采用白乳胶对CA-MA∶EP质量比为1∶1的定形相变材料进行包覆,将该定形相变材料掺入石膏基体中制备脂肪酸相变储能板,并对其进行了热导率、热物性及比热容的测试。结果表明,渗出稳定性评价证实了白乳胶包覆有效降低了脂肪酸从载体孔隙中渗出,CA-MA/EP定形相变材料的质量损失率由8%降低至4%,进一步强化了EP对于脂肪酸芯材的定形效果,有利于提高相变储能板使用过程中的长期储能稳定性和美观性。包覆后CA-MA/EP定形相变材料的相变温度和相变潜热分别为24.64℃和58.07 J/g。相变储能板的相变温度和相变潜热分别为24.62℃和29.10 J/g,其热导率随着定形相变材料掺量的增加而逐渐降低。利用Energy Plus软件对徐州夏季气候条件下基于相变围护结构的建筑室内温度波动进行模拟,证实了相变储能板具有隔热控温效果。     

室内装修设计中相变储能材料的应用北大核心CSCD

室内装修设计主要是对室内的空间界面进行施工或布置,以达到工程完善、感官美化、使用方便的目标。随着时代发展,室内装修设计在我国已逐渐成为一种朝阳产业,具有十分广阔的发展趋势与发展前景。然而,我国建筑行业存在的部分问题与误区,使得室内装修设计工程存在一定隐患和弊端。例如,保温隔热材料以及防潮、防火、防腐材料等一系列功能性材料的处理,通常会因设计和施工人员的无知或偷工减料,而遗留诸多安全隐患;使用传统高排放、高能耗、高污染的能源,造成了巨大的浪费。为充分保障我国建筑行业以及室内装修设计行业的长远发展,要及时转变行业的经济增长模式和能源消费方式,使能源消费方式向着低排放、低污染、低能耗进行高效转变。     

多孔基无机复合相变材料的蓄热特性

添加多孔介质是提升PCM(相变材料)热导率、缩短其熔化时间的有效手段。本工作通过建立具有不规则分布多孔骨架的CPCM(复合相变材料)物理模型,系统研究了孔隙度、孔径、骨架形状对其蓄热特性的影响,并探讨了蓄热能力与蓄热速率之间的关系。结果表明,随着孔隙度的减小,CPCM的熔化速率增大,固液态PCM密度差引起的重力驱动力使PCM产生自然对流现象,加速了熔化过程。在相同孔隙度(0.80)下,当孔径越小时,多孔骨架表面积越大,所吸收的热通量越大,相变材料熔化越快。具有四面体形状骨架的CPCM由于具有最大比面积30.02 mm^-1,41 s内便完成熔化,相比比面积为19.93 mm^-1的二十面体快了13.5 s。孔隙度的减小虽有利于CPCM的熔化,但也会削弱其蓄热能力,本工作所确定的平衡孔隙度为0.80,可使CPCM的有效热导率达到8.07 W/(m·K)。因此,本工作可为低温蓄热材料提供理论依据和参考。     

高孔隙率泡沫金属相变材料储能、传热特性

以高孔隙率泡沫金属材料作为骨架制备而成的新型复合相变储能材料的导热系数将大大高于相变材料本身的导热系数,在储能过程中具有更好的传热效果。给出了较通用的高孔隙率泡沫金属材料等效导热系数的估算公式,并利用准稳态方法建立了复合相变材料在凝固过程的数值模型,对其凝固过程的传热特性进行了理论分析。以铝—石蜡和铜—石蜡复合材料作为研究对象。分析表明,采用复合储能材料可以使得其传热性能得到很大提高,但是也会使复合材料的储能能力有所降低。提出了一种平衡储能能力和传热性能的方法,当泡沫金属处于平衡孔隙率时,在传热性能得到极大提高的同时也使得其储能能力降低不多。同时,分析得到了外部换热环境对储能能力、传热性能以及平衡孔隙率的影响,即较大的对流换热时,若要取得适当的储能能力和传热性能,则需要较小的孔隙率。     

微胶囊相变储能材料的合成及其应用研究进展北大核心CSCD

由于大部分能源通过热能的形式被使用,故在实际应用中提高热能利用率显得尤为重要。相变材料作为一种热能储能介质,通过其储存或释放潜热的特性,可以实现能源的高效利用,进而降低二氧化碳的排放。但是在实际应用中相变材料存在一定的局限性,如过冷现象、低导热率、泄漏和腐蚀问题等。微胶囊相变储能材料(又称为相变微胶囊)是通过一定的封装技术将相变材料包裹在内,从而避免相变材料发生泄漏,可通过对壳材的改性实现更高的机械强度、热稳定性和导热性能。从微观尺度上相变微胶囊可分为微米级和纳米级微胶囊。随着微胶囊相变材料在热能储存领域的广泛应用,越来越多的研究者对其进行深入开发和应用。本文从相变微胶囊的合成材料、制备方法和应用领域等方面进行详细综述,重点介绍相变微胶囊的芯材和壳材的种类及其优缺点;分析相变微胶囊的制备方法及其应用与发展,如电喷雾技术和喷雾干燥法等物理法,乳液聚合法、细乳液聚合法、原位聚合法和界面聚合法等化学法,以及凝聚法和溶胶-凝胶法等物理化学法;最后阐述了相变微胶囊在建筑、调温纺织品和太阳能利用等领域的应用现状及前景。     

相变蓄热复合传热强化技术综述北大核心CSCD

相变材料(PCM)通过在相变过程中吸热或放热实现热能的存储与释放。相变材料在热能存储和热管理领域凭借其相变区间温度稳定、储能密度大受到了广泛认可。然而,相变材料普遍存在热导率低的问题,需要结合传热强化技术进行改善。在采用某一种强化技术的基础上,两种或多种传热强化技术相组合的“复合强化技术”成为目前传热强化与相变蓄热性能改善的研究热点。本文通过对相关文献的分析,综述了目前复合传热强化技术的研究进展,包括以翅片为基础,分别结合热管、纳米颗粒、多孔材料和梯级蓄热,以及多孔材料结合热管、纳米材料和梯级蓄热等多种复合方式。分析表明:通过将热管与翅片或多孔材料混合使用,可以达到传热强化最佳效果;纳米颗粒与翅片或多孔材料的混合使用比同等条件下单独使用纳米颗粒更有效;采用梯级蓄热与翅片或多孔材料相结合相较于单独采用梯级蓄热具有更快的蓄/放热速率和更加均匀的换热流体出口温度。建议对其他可能的复合传热增强技术进行深入研究,并通过实验验证、优化蓄热系统的结构设计和具体参数探讨对蓄热性能的影响。     

多孔介质中的相变传热特性及其在建筑物节能中的应用

将非饱和多孔介质应用于建筑节能，使低品位，低密度的太阳能通过工质的相变得以利用，对实现建筑物的采暖具有应用价值。通过对非饱和多孔材料内的二维流场，温度场以及蒸发量场的数值计算，分析了两端开口的圆柱环型多孔腔内非饱和多孔介质的传热传质特性，研究了流体雷利数及边界条件的变化对多孔床热质迁移的影响。     

多孔基无机玻璃-熔盐复合相变材料蓄热性能的实验研究

基于熔融浸渗法和黏结封装法,以多孔基作为基体材料,分别采用无机玻璃粉与熔盐作为相变材料开展实验,探究储热样本的最佳制备工艺流程。考察了复合相变蓄热体的显微结构及物相组成特征,分析了复合相变蓄热材料的质量损失率,并对蓄热体进行蓄热性能分析及高温抗压强度测试。实验结果表明,采用黏结封装法,以氯化钠作为相变材料,加盖圆柱形三角孔蜂窝陶瓷基体作为载体,设定6.5℃/min的升温速率,烧结温度至800℃,保温30 min,可制备蓄热性能较为优异的复合相变蓄热材料。复合相变蓄热材料的蓄热密度为445.5 kJ/kg,该蓄热体在800℃条件下高温抗压强度达到75.9 MPa,具有良好的蓄热性能和力学性能。     

相变储能材料的研究和应用

相变材料的研究与开发是一个新兴的领域。本文介绍了相变材料的功能、选择方法、分类、特性、新发展,并指出了各类相变材料存在的问题以及解决的方法。评述了相变材料在太阳能、工业余热利用、电力调峰、纺织业和建筑节能等领域的应用。     

格子Boltzmann方法对多孔介质复合通道内流动的研究

针对海绵、青砖和石膏3种典型的多孔介质,利用工业X-CT断层图像扫描技术进行处理,获得真实多孔介质几何特征的二维构造多孔介质。采用不可压缩单松弛格子Boltzmann方法进行数值模拟,通过改变通道内多孔介质模型和Re分析了多孔介质复合通道内流体的流动特性,从介观角度研究了多孔介质孔隙结构、孔隙率对复合通道内流场的渗流扰动的影响,为以后研究多孔介质复合腔体内热质交换提供一定参考。     

乳液相变储冷材料的基本特性与应用前景

介绍了一种全新的储冷介质－多元相变乳液。将它与现有储冷介质的技术特点和经济性做了全面比较,并对它的技术优势和潜在的应用前景做了展望和分析。     

碳酸锂钠共晶盐复合相变材料的储放热特性CSCD

对以碳酸锂钠共晶盐为相变材料,氧化镁颗粒为陶瓷基体和石墨为导热增强剂的复合相变材料模块储放热性能进行实验研究,并与纯相变材料进行了对比。结果表明,对于储热过程,添加有导热增强剂的复合材料模块储热性能明显高于纯相变材料,且其储热性能随着导热增强剂含量的增加而提高。当石墨质量含量从5%提高到30%时,材料模块整体的储热时间缩短29%。对于放热过程,实验考察了两种放热条件—自然对流和强制对流。结果表明,强制对流条件下材料模块的放热性能要优于自然对流条件下的放热性能。对比纯相变材料,复合材料模块的整体放热速率提高了近33%。     

基于多孔介质模化的大容量电池储能热管理系统性能分析方法

良好的热管理设计是保证电池储能装置使用性能及寿命的关键。大容量电池储能装置因电池单体多,内部结构复杂,开展详细的热管理数值分析难度很大。本工作提出了电池模块的多孔介质模化方法,并针对MW级集装箱式大容量电池储能空气冷却热管理系统开展流热耦合数值分析。研究表明,该方法实现了电池舱和电池模块内部流动传热的耦合计算,考虑了其相互影响,能获得更为丰富而准确的热管理系统流动传热特性。各电池模块内的空气流量分配不均,电池舱气流及热量积聚形成的流场、温度场特性,是造成电池模块温度差异的主要原因。本工作提出的研究方法可为大容量集中式电池储能热管理系统的设计和优化提供借鉴。     

相变材料蓄热过程强化的数值模拟研究

采用焓-多孔介质法,分别对内嵌针状翅片以及填充多孔泡沫金属的相变热沉装置内相变材料的熔化过程进行三维数值模拟,分析不同加热热流、翅片数量、间距、高度对蓄热过程的影响,对比内嵌翅片和填充多孔泡沫金属的热沉装置的蓄热能力。结果表明,随着热流密度的增加,蓄热速率明显加快,蓄热时间缩短。随着翅片数量的增多,相变材料的导热能力得到明显改善。翅片排布过于稀疏或紧密,导热能力的强化效果都不如均匀排布时明显。随着翅片高度的增加,相变材料的导热能力有明显的提升。通过比较发现,多孔泡沫金属对蓄热速率的强化效果比针状翅片更加明显。     

泡沫铁/石蜡复合相变储能材料放热过程及其热量传递规律CSCD

石蜡作为相变储能材料具有储能密度大的优势,但其导热率较低。以石蜡作为相变储能材料、金属泡沫铁作为导热增强材料,通过对泡沫铁/石蜡复合相变储能材料的制备及其放热过程测试,探究了两种厚度金属泡沫铁对石蜡放热过程的强化作用和传热过程。结果表明,泡沫铁能缩短石蜡放热时间,提高放热效率。相比对照组,厚10 mm和15 mm的泡沫铁/石蜡复合相变储能材料相变时间分别缩短了1/3和1/4,相变放热密度分别减小了1.60%和3.26%,两者的相变放热速率是相应对照组的1.44和1.27倍。同时,还对15 mm泡沫铁/石蜡复合相变储能材料放热过程中,对流换热系数与相变时间和材料温度的关系分别进行了模拟,得到相应的理论公式,该公式所求得的模拟值与实际值较接近,可用于预测不同放热时间或材料温度下复合相变储能材料的换热能力。