相变微胶囊悬浮液强制对流换热实验研究

提出了一种可以同时作为储能介质与传热流体的新型相变微胶囊悬浮液(MPCS),设计和搭建试验台,分别在层流和湍流条件下在等热流密度的光滑圆管中对MPCS进行了强制对流换热实验,研究了悬浮液浓度、流量、泵送功率和加热速率对其流动及传热特性的影响。结果表明:对于质量分数为5%的MPCS,当微胶囊中相变材料分别处于固体、固体-液体和液体状态时,对应的努塞尔数平均增大了23.9%、20.5%和9.1%;与纯水相比,MPCS作为在热力系统应用的传热流体可以实现强化传热,但是需要在传热实验中控制好相变过程才能使MPCS的传热性能优于水。     

TiO_2纳米颗粒对相变悬浮液流变和导热系数特性影响研究

通过实验方法研究了掺入TiO2纳米颗粒的相变悬浮液粘性和导热系数。研究表明,当纳米颗粒浓度不超过5%时,悬浮液仍可被视为牛顿流体,悬浮液的粘性随纳米颗粒浓度增加以非线性方式增加;当纳米质量颗粒浓度为5%时,相变悬浮液的粘性提高约23%。纳米颗粒的加入能够显著提高相变悬浮液的导热系数,当纳米颗粒质量浓度为5%时,相变悬浮液导热系数提高约7%。当纳米颗粒浓度较低时,纳米颗粒对相变悬浮液导热系数的提高幅度要高于对水的提高幅度。文中从不同方面分析了使用这种新型悬浮液作为传热工质的优势。     

相变微胶囊悬浮液传热特性实验研究

相变微胶囊(microencapsulated phase change material,MPCM)在建筑节能领域应用广泛,为研究其传热特性,搭建了以水为换热流体(heat transfer fluid,HTF),微胶囊悬浮液为储能介质的潜热储能(latent thermal energy storage,LTES)系统。在实验过程中,通过改变换热流体的进口初始温度以及搅拌器的搅拌速率,获得了MPCM悬浮液的温度变化规律并计算了MPCM悬浮液的平均充放冷速率。实验结果表明:在充冷过程中,MPCM相变时温度变化速率减缓,相变温度区间较大,而在放冷过程中,MPCM相变时温度保持恒定,相变温度区间较小;未搅拌时,MPCM悬浮液中温度梯度较大,传热能力较差;搅拌时,MPCM悬浮液混合均匀,其温度梯度很小,传热能力较强;增加搅拌器的搅拌速率及水与相变微胶囊悬浮液的温差均可以提高MPCM的充放冷速率。     

微胶囊相变悬浮液在空调系统中的应用前景

介绍了一种功能性热流体—微胶囊相变悬浮液,它的浓度为15%时,载冷能力是水的两倍多;处于湍流时,表现出非牛顿流体的特性,流动阻力小于水;浓度为20%时,层流对流换热的修正努塞尔数Nuc是单相流体的2~3倍,传热性能远优于单相流体。因此,微胶囊相变悬浮液应用于空调系统可大幅度提高换热器的传热性能和空调系统的运行效率,达到节能的效果。     

微胶囊相变悬浮液物理稳定性实验研究

通过实验研究确定制备稳定的微胶囊相变悬浮液必须采用的最优化表面活性剂添加量和悬浮液pH值。采用全功能稳定性分析仪TURBISCAN LAb研究表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)添加量和悬浮液pH值对物理稳定性的影响。结果表明,当SDS质量分数太低,即颗粒表面改性不彻底时,稳定性较差;质量分数太高,容易形成表面活性剂胶束沉淀,并同时加速相变微胶囊颗粒上浮,破坏微胶囊相变悬浮液的稳定性,在选定的SDS质量分数范围内,最佳质量分数为0.2%~0.4%;pH值低于7时,溶液颗粒分散性提高不明显,并且出现加快分层现象;pH值过高时,溶液中OH-过多,压缩双电层厚度,减弱颗粒分散性,溶液稳定性提高受到抑制,在选定的pH值范围内,密胺树脂壳材的悬浮液最佳pH值为8。抑制悬浮液的分层和团聚现象对于其在传热和储热中的应用有重要意义,研究结果给制备稳定的悬浮液提供了可靠的依据。     

圆管内相变微胶囊悬浮液换热特性实验研究

实验研究了质量浓度为2%和5%的相变微胶囊悬浮液在等热流加热圆管内的对流换热特性,结果表明:相变微胶囊颗粒的加入明显增强了溶液的冷却效果,有效降低了管道壁面温度,并且悬浮液浓度越高,管道壁面温度越低;相变微胶囊悬浮液使管道入口段的局部努塞尔数明显增大,但随着流程进行,对流换热增强的幅度减弱;和水相比,浓度2%的相变微胶囊悬浮液的平均努塞尔数提高11%,悬浮液具有较好的强化换热效果;但浓度5%的悬浮液的平均努塞尔数低于水,这是由于5%的悬浮液粘度增加明显,悬浮液的高粘度和低导热率减缓了圆管中心处微胶囊颗粒的吸热相变,降低了5%悬浮液的强化换热效果。     

等热流圆管内相变微胶囊悬浮液层流换热实验研究

用基液代替水来配置微胶囊相变悬浮液,并对实验数据的准确性进行了检验。在等热流密度环境下对管道内的该悬浮液进行加热实验,对相变微胶囊悬浮液的质量分数、St、入口过冷度、粒径和Re等因素影响强化换热的效果进行了分析。结果显示影响微胶囊相变悬浮液管内层流换热最主要的因素是微胶囊的质量分数和St。     

层叠式高温相变蓄热系统传热特性的实验研究

为研究层叠式高温相变蓄热系统的传热特性,采用二元熔盐Solar Salt(质量比NaNO_3:KNO_3=6:4)为相变材料,以空气为换热介质,记录不同风速下蓄热箱体内部的温度变化。通过层叠式高温相变蓄热系统的放热实验,分析蓄热箱体内部蓄热单元的传热特性,进而对蓄热箱体内部传热效率低的区域进行传热优化。通过在相变材料Solar Salt中添加不同质量分数的膨胀石墨,提高相变材料的导热系数,进而改善传热效率低的区域。实验表明:在蓄热箱体内部,靠近出风位置的蓄热单元A2降温到200℃所需时间分别比靠近进风位置的蓄热单元B2和C2多10.5%和37.4%。为解决靠近出风位置的A列蓄热单元传热效率低的问题,在A列蓄热单元的Solar Salt中添加膨胀石墨,可以显著改善蓄热箱体内部的传热情况,明显提高了系统的换热能力,且风速为1.53 m/s时相邻配比材料效率提升最大。     

翅片参数与PCM材料对散热器传热影响实验研究

为了研究翅片数量、倾斜角度及相变材料对带有纵向翅片的电源散热器传热性能的影响,在恒定热负荷为16 W的条件对含相变材料和不含相变材料两类工况下的5种不同结构散热器进行了实验研究.通过搭建的由实验段、直流电源、数据采集设备等组成的实验系统开展实验,分析了翅片数量(1～5片)、散热器倾角(0°～90°)和相变材料(正二十烷)对散热器传热性能的具体影响,并通过含相变材料散热器的温升变化特征以及相变传热特征对散热器热性能进行了评估.结果表明,倾斜角度和翅片数对液相相变材料对流单元的形成以及传热和运行时间起着关键作用.对于0°倾角的含相变材料散热器,相比1个翅片,5个翅片达到最大允许温度所需的时间增加了80％,而当倾角增加到90°时翅片数的增加对时间的影响不显著.对于所有的倾斜角度,各个测点的相变材料(PCM)温度值都随着翅片数的增加而减小.当倾角增加时,由于浮力诱导流的增强促使对流液相相变区域变大;在单翅片工况下,60°倾角相比0°倾角状态下的工作时间延长78.6％.     

细圆管内氧化铜颗粒悬浮液流动与对流换热的实验研究

实验研究了氧化铜纳米悬浮液在内径为0.68mm不锈钢细圆管内迫流动和对流换热。氧化铜纳米颗粒悬浮液的质量分数W为0.02-0.06，分别去离子水和水－纳米颗粒悬浮液的流动，传热特性进行了实验测定。实验结果表明：所研究尺度下，层流向湍流过渡早于常规大尺度流动，悬浮液的压降要大于去离子水的；纳米颗粒的质量分数越大，压力降也越大，悬浮液的对流换热系统随颗粒质量分数的增大而增大。