含相变储能材料石膏板的物理力学及热工性能

为优化掺加相变储能材料(CPCM)的石膏板性能,针对实际应用环境条件,通过正交试验研究了温度、湿度等外界条件的变化对掺加CPCM石膏板的物理力学性能及热工性能的影响．结果表明,试件的抗压强度和抗折强度随着CPCM掺量的增大而降低;随钢纤维掺量或含水率的增大而增加．在不同的温度条件下,各影响因素的变化对导热系数变化的影响主次顺序不同．石膏板内部相对湿度及钢纤维掺量的增加有利于提高其导热系数,而CPCM掺量的增加会降低其导热系数．石膏板的导热系数随着板体初始温度的变化而改变,在CPCM相变温度区间的石膏板导热系数最大．     

含脂酸类相变材料的相变墙板热特性分析

目的进行含脂酸类PCM的相变墙板的热性能分析,探讨其热性能对减少建筑能耗,降低空调负荷的可能性.方法在充分考虑北方地区夏季昼夜的气候条件和国家节约用电的峰谷电价差政策的基础上,利用DSC进行相变储能材料性能测试与分析,优选出两种脂酸类相变材料,制成相变储能墙板,分析其热特性.结果确定了两种分别适合于北方寒冷地区夏、冬季节应用的脂酸类PCM混合物,它们的相变温度在北方地区实际室内空调设计温度范围内,具有很高的相变潜热,把相应的PCM溶入石膏板后具有较高的相变潜热,为充分利用北方地区夏季的夜间自然冷风和峰谷电价差政策提供了先决条件.结论相变墙板不但起到移峰填谷、减少建筑能耗、降低空调负荷、提高经济效益等作用,而且还会大大改善房间的舒适度,为北方地区的空调发展开辟新的空间.     

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.     

高温相变储热铝合金材料的研究现状及展望

金属相变储热材料具有储热密度大、抗高温氧化性强、热稳定好、导热系数大、相变时过冷度小、相偏析小及性价比较好等优点,在高温相变储热过程中有着广泛应用,其中铝合金高温相变储热材料的综合性能最好．综述了国内外铝合金高温相变储热材料的研究及趋势,并对今后的研究方向进行了展望．     

寒区相变墙板与电热膜采暖系统的匹配研究

相变储能技术的发展和昼夜电价分时制的实行为电采暖在北方寒区推广应用提供了可行性.数值模拟在初次和稳定蓄放热过程中,相变墙板温度和热流密度随时间变化,研究相变厚度、相变温度和相变半径对相变墙板传热过程的影响规律,并确定出适宜于寒区电热膜采暖系统的相变墙板,使该相变电采暖系统不仅具有热舒适性,而且能将夜间的低价电能储存起来供白天采暖用,降低电采暖系统的运行费,并对电网起到调峰作用,在宏观上具有节能效果.     

纳米填料对储能式散热器性能影响的数值研究

针对储能式电子器件散热器性能受相变材料较低导热能力限制的问题,采用添加高导热纳米填料的方法提高相变材料的表观导热系数,并对储能式散热器的性能提升潜力进行分析. 在短时大功率加热(热流密度为10 W/cm2)的条件下,对以二十烷为相变材料的储能式散热器在添加碳纳米管填料之后的工作过程(熔化和凝固传热)进行了三维数值模拟. 结果显示,由于相变材料表观导热系数的提高,散热器的性能随碳纳米管添加量的增加而提升,其提升程度与添加量呈近似线性相关| 当加入体积分数为10%的碳纳米管时,散热表面的最大温升相对于无碳纳米管的情形降低了8 ℃,散热器的等效总热阻则降低了14%,说明该方法是提高储能式散热器性能的有效途径．     

CaCl2·6H2O/EG复合相变材料的制备与性能研究

为了改善六水氯化钙的蓄放热性能,以六水氯化钙为相变材料（PCM）、膨胀石墨（EG）为载体、六水氯化锶为成核剂,采用物理吸附法制备六水氯化钙/膨胀石墨复合相变材料,研究复合相变材料的热物理特性. 采用步冷曲线法,研究复合相变材料的过冷度、蓄/放热性能和热循环稳定性;采用扫描电镜、差示扫描量热法、热流计导热仪,对复合相变材料的显微形貌、相变潜热、相变温度、比热容和导热系数进行测定. 结果表明：在六水氯化钙中添加质量分数为10%的膨胀石墨和质量分数为2%的六水氯化锶,复合相变材料的相变潜热为151.6 J/g,导热系数提升至3.328 W/(m·K),过冷度保持在2 °C以内. 相变材料的导热系数及过冷度得到显著改善.     

掺杂对相变材料导热系数的影响

通过在相变材料中加添加剂的方法改变相变材料的导热系数,用激光法对改进后的试样进行了测最,对添加剂的种类和含量对相变材料导热系数的影响进行了定量分析.实验结果表明,铜粉添加剂可以显著提高相变材料的导热系数.     

碳纳米管填料对相变储能式热沉性能的影响

为了评估纳米复合相变材料在相变储能式热管理技术中的应用潜力,采用实验方法研究碳纳米管填料对相变储能式电子器件热沉瞬态性能的影响.选用十六醇为基底相变材料,以多壁碳纳米管为填料制备了不同质量分数（0.3%、1%和3%）的纳米复合相变材料,对复合相变材料的关键热物性进行表征.在短时较高热流密度（高达7.0 W/cm2）加热条件下,比较热沉（分为有翅片和无翅片2种结构）的瞬态性能随纳米复合相变材料中碳纳米管质量分数的变化规律.实验结果表明,在添加了碳纳米管填料之后热沉的性能较采用纯十六醇的工况有所削弱.虽然加入碳纳米管后纳米复合相变材料的导热系数有所提升,但黏度的急剧增加极大地削弱了熔化过程中的自然对流效应,从而抵消了导热强化所带来的性能提升.     

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。     

Role of Composite Phase Change Material on the Thermal Performance of a Latent Heat Storage System: Experimental Investigation

复合相变材料对潜热储能系统中热性能作用的实验研究

Jasim Abdulateef¹, Ahmed F. Hasan^2*,Mustafa S. Mahdi²

（1. 迪亚拉大学 机械工程系,巴古拜 32001,伊拉克;2.迪亚拉大学 化学工程系,巴古拜 32001,伊拉克）

摘要：

石蜡是可用于潜热储能系统单元（LHSU）的理想的相变材料（PCM）。这种潜热储能单元的使用因相变材料导热性差而受到限制。本文采用铝和相变材料制成的金属泡沫生产复合相变材料,以此作为相变材料-潜热储能单元中的导热材料,并使用水作为传热流体（HTF）。通过实验,评估了使用纯相变材料和复合相变材料的潜热储能单元的传热特性。研究包括熔化和凝固过程中相变材料的时变可视化。此外,热存储室内放置一个热电偶网络,记录每个过程的温度分布。结果表明,复合相变材料-潜热储能单元在熔化和凝固过程中均表现出较好的性能。由于金属泡沫的作用,复合相变材料-潜热储能单元的熔化时间比简单的相变材料-潜热储能单元快83%左右,凝固时间减少85%左右。

关键词：相变材料;金属泡沫;潜热;复合相变材料

     

中温相变蓄热装置的蓄放热性能研究

以相变温度为80℃的相变蓄热装置为研究对象,根据建立的相变传热分析模型,应用数值模拟的方法,研究了蓄热体——相变材料的热物性参数、几何尺寸、填充率,以及热媒体——热水的流速等因素对蓄热装置蓄、放热规律及其特性的影响．研究结果表明,当板状定形相变材料的导热系数在0．4W/(m·K)左右、板厚为8 mm、相变材料的填充率在65%～75%、热媒体流速为5～8mm/s时,蓄热装置可获得较高的蓄、放热效率．     

Preparation and Properties of Paraffin/PMMA Shape-stabilized Phase Change Material for Building Thermal Energy Storage

The composite phase change material(PCM) consisting of phase change paraffin(PCP) and polymethyl methacrylate(PMMA) was prepared as a novel type of shape-stabilized PCM for building energy conservation through the method of bulk polymerization. The chemical structure, morphology, phase change temperature and enthalpy, and mechanical properties of the composite PCM were studied to evaluate the encapsulation effect of PMMA on PCP and determine the optimal composition proportion. FTIR and SEM results revealed that PCP was physically immobilized in the PMMA so that its leakage from the composite was prevented. Based on the thermo-physical and mechanical properties investigations, the optimal mass fraction of PCP in the composite was determined as 70%. The phase change temperature of the composite was close to that of PCP, and its latent heat was equivalent to the calculated value according to the mass fraction of PCP in the composite. For estimating the usability in practical engineering, thermal stability, reliability and temperature regulation performance of the composite were also researched by TG analysis, thermal cycling treatments and heating-cooling test. The results indicated that PCP/PMMA composite PCM behaved good thermal stability depending on the PMMA protection and its latent heat degraded little after 500 thermal cycling. Temperature regulation performance of the composite before and after thermal cycling was both noticeable due to its latent heat absorption and release in the temperature variation processes. The PCP/PMMA phase change plate was fabricated and applied as thermal insulator in miniature concrete box to estimate its temperature regulation effect under the simulated environmental condition. It can be concluded that this kind of PCP/PMMA shape-stabilized PCM with the advantages of no leakage, suitable phase change temperature and enthalpy, good thermal stability and reliability, and effective temperature regulation performance have much potential for thermal energy storage in building energy conservation.     

高温相变储热单元模拟研究与计算

运用Fluent软件对圆形储热单元内部LiCl高温相变材料熔化过程进行二维数值模拟。模拟结果表明：不同位置的LiCl都会出现恒温＂平台＂,其平台的长度和出现的时间间隔随空间位置的不同而有显著差异;随时间的增加,储热单元储热量在相变区明显增大,其储热功率也相应出现了最大值。相变材料的导热系数、相变储热单元的形状和空间尺度以及其恒温隔热装置是改善相变储热系统储热性能的关键性因素。     

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.     

MXene/二氧化硅/六水氯化钙复合相变储热材料的制备及性能

六水氯化钙作为一类低温体储热材料, 在蓄热节能方面有着巨大的应用前景。单一的六水氯化钙相变储热材料存在导热系数低和熔化时易泄漏的缺点, 具有较大的内芯和互穿介孔孔道结构的介孔二氧化硅可以解决上述 问题。介孔二氧化硅具有低密度, 热膨胀系数小, 折射率低, 比表面积大等优点, 但其导热系数低, 需要与热性能良好的材料复合来增强导热能力。选用MXene 作为导热增强材料, 在其表面上生长介孔二氧化硅, 再把相变材料六水氯 化钙负载其中。通过综合热分析仪和红外热成像仪测定, 证明复合相变材料的储热性能、热稳定性和传热速率都有显著提升; 在烘箱中观察六水氯化钙的泄漏情况也明显被载体材料所抑制, 成功制备一种热性能和稳定性俱佳的复 合相变储热材料。     

复合相变储能墙体热特性实验及参数辨识方法

通过进行复合相变储能墙体换热系数的测量与辨识,能够正确确定相变储能墙体的内表面换热系数,准确地进行负荷计算和建筑能耗分析,为建筑环境的热舒适性设计和系统选择提供可靠的依据.本研究利用数据采集系统采集了相变储能墙体表面热流和墙体表面与室内空气之间的温差这两个重要参数,利用遗传算法和最小二乘法分别对采样数据进行辨识,最终得到了各自的表面换热系数估算值.比较热流实测值和遗传算法的预测值可知,预测数据与实验数据非常吻合,说明遗传算法是一种通过墙体表面的动态实验数据,获得相变储能墙体表面换热系数的有效方法.