基于石蜡-翅片复合结构的电池热特性

研究电池发热功率和环境温度对翅片复合相变材料(PCM)的电池热特性的影响.模拟电池布置在熔化温度为42℃的PCM中,外设径向分布的翅片增加换热面积.试验发现,在纯石蜡系统的升温相变过程中,电池温度形成温度平台,平台温度高于PCM的相变温度,并随加热功率的增加而升高.归一化处理显示,不同发热功率下模拟电池的温度变化趋势基本一致.环境温度的降低对电池温度平台影响很小,但会延迟相变发生的时间.增加翅片将增强电池与PCM的换热,保持翅片体积分数(φ)为3%时,翅片数为2、4、8时可降低温升12.4%、19.6%和25.6%.     

扩展表面在相变储热中的强化换热研究进展

相变储热在节能、电力调峰等领域日益得到关注,然而相变材料热导率普遍较低,导致储热系统热性能较差。文中从强化换热角度出发,对以扩展表面技术强化相变储热单元热量传递相关的翅片、热管、翅片耦合热管或泡沫金属进行了综述。文献分析表明,上述强化换热元件均可显著提升储/释热效率,翅片结构和布置方式会影响相变材料的强化换热效果;热管与相变材料普遍有着较好的相容性,其对相变过程中的均温性较好;翅片耦合热管综合利用了二者之间的传热特性,且热管数量较翅片几何参数对相变材料的凝固/熔化影响更大。在未来研究中,通过拓扑优化获取几何结构更为优异的翅片、热管以及翅片与热管耦合对相变材料传热强化的机理具有重要的研究价值。     

新型管状相变材料热管理系统的数值仿真与实验研究

设计了一种新型的管状复合相变材料(tubular Composite PCM,t-CPCM)结构,用以替代传统的块状复合相变材料(block-shaped Composite PCM,b-CPCM)结构,将其耦合强制对流换热后应用于电池热管理。仿真结果表明,相比于b-CPCM电池仿真模型,t-CPCM电池仿真模型不仅流道分布更加均匀,而且对流换热面积更大,理论计算得出的对流换热热阻仅为0.8 K·W⁻¹,是b-CPCM电池仿真模型的1/20。实验结果表明,t-CPCM电池模组优异的散热性能可以有效地控制电池温度,t-CPCM电池模组的最高温度仅为46.9 ℃,温差为0.8 ℃;而b-CPCM电池模组的最高温度高达51 ℃,温差均为5 ℃。所设计的管状复合相变材料在电池热管理方面具有良好的应用价值。     

圆柱形壳管式相变蓄热单元的释热特性

为了推广太阳能季节相变蓄热热泵供暖系统在寒冷地区的应用,提出了适合该系统的圆柱形壳管式相变材料(Phase Change Material,PCM)贮热单元的结构形式;基于焓法建立了贮热单元的数学模型,并通过数值模拟研究了以CaCl2.6H2O为相变材料的相变蓄热单元的的释热特性及其随换热流体温度和流速的变化规律.研究结果表明:PCM在显热释热阶段温度变化快且释热持续时间短,而在相变潜热释热阶段,PCM温度变化慢且持续时间长;换热流体入口温度越高,释热速度慢且释热量越小.换热流体的流速越大则释热速度越快,流速越小则释热速度越慢.换热流体入口温度与流速是影响圆柱形壳管式相变贮热单元释热特性的重要因素.     

用于动力电池热管理的相变材料熔化及传热特性

有机相变材料(PCM)具有较大的潜热、较小的体积变化和良好的化学稳定性,对其在电池热管理方面及能量储存方面的研究越来越多.从提高电池的循环寿命和电动汽车的安全性考虑,通过数值模拟及可视化实验研究用于18650动力电池热管理的PCM特性.通过计算模拟石蜡在熔化过程中熔化界面随时间的变化过程以及电池的温升特性,确定关键相变时刻.比较铝制金属套筒和亚克力套筒两种情形,结果表明套筒材料会影响相变材料的熔化特性.     

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%。     

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

     

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.     

石蜡/石墨烯相变材料在多管换热器中的储热性能

采用数值计算方法对填充在多内管换热器中的石墨烯/石蜡复合相变材料的熔化凝固性能进行了深入研究,分析了换热内管数目不同,当换热内管中分别通入一定温度的热水或凉水时,换热器内的相变材料(PCM)在熔化或凝固过程中的温度和液相率(液相体积分数)随时间的变化关系.结果表明:熔化时PCM与换热管之间以自然对流换热为主,凝固时,由...     

翅片盘管式相变储热器传热性能研究

翅片盘管可以强化盘管外侧的换热.本文研制了一种翅片盘管式相变储热器,以石蜡R54为相变材料,在3组不同流量工况下,分别对3种不同翅片间距的储热器进行了实验研究,分析了其不同工况下的温度分布和传热系数情况,得出了该类型相变储热器的储热效率及传热系数与流量成正比、与翅片间距成反比的结论.     

火墙环境下有机相变材料封装盒体的导热增强

为提高火墙环境下有机相变材料宏观封装盒体的吸热效率,通过实验室恒温箱模拟火墙环境条件,研究了添加不同数量导热翅片和填充泡沫铜对有机相变材料宏观封装盒体吸放热过程的影响.结果表明:随着导热翅片数量增加,不同厚度封装盒体中相变材料的完全相变时间明显缩短,而导热翅片数量过多时会显著降低厚度较小封装盒体的有效放热时间;填充泡沫铜使宏观封装盒体中相变材料的温度分布更加均匀,同时可进一步降低厚度较大封装盒体中相变材料的完全相变时间;通过添加15个导热翅片和填充泡沫铜可使45 mm厚封装盒体中相变材料的完全相变时间缩短64.8%,此方法可有效解决火墙环境中大容量宏观封装有机相变材料盒体的吸热缓慢问题.     

电池排布方式对21700锂电池相变热管理系统的影响

以21700锂离子电池组为研究对象,对不同排布方式下的锂电池分别控制电池间距、对流换热系数和相变材料(PCM)导热率,并对其进行有限元仿真。研究了电池间距、对流换热系数和PCM导热率对相变电池热管理系统(BTMS)下不同排布方式(长方形、四边形、六边形)的电池组温度场的影响。结果表明：当电池间距为4 mm和6 mm时,3者具有近似的最高温度,而当电池间距为2 mm和1 mm时,长方形排布的电池组最高温度最大,在2 mm时长方形排布的电池组最大温升分别为四边形排布下和六边形排布下的电池组的105.86%和108.25%,而3者的温差均随间距增大,总体呈现出变小的趋势;在不同的对流换热系数下,长方形排布的电池组最高温度总是最大而四边形最小,随着对流换热系数的增大,3者温差呈现出变大的趋势;随着PCM导热系数的增大,3者的最高温度均不断下降且下降速率越来越小,在5种不同PCM导热系数下,长方形排布的电池组最大温升平均是四边形排布和六边形排布电池组的105.31%和106.02%,3者的潜热储热阶段的温差均有减小,显热阶段对长方形和六边形的温差没有影响,四边形的温差却不断增大。综合考虑最高温度...     

空调PTC加热器热分析与工艺参数优化

针对空调PTC加热器内部温度分布不均匀、换热性能恶化的问题,对空调PTC加热器整体结构进行热分析,提出解决温度分布不均、换热性能较弱问题的应对方法。通过对加热芯的热分析,确定了PTC片排片与空调PTC加热器内部温度分布的关系,并提出了最优排片模型。通过对散热翅片的热数值计算与仿真计算,确定了散热翅片尺寸与换热性能的关系,并以热阻最小为优化目标,进行了散热翅片的参数优化设计。最后设计实验对优化空调PTC加热器与原有空调PTC加热器进行了比对。结果表明:优化空调PTC加热器热阻比原有空调PTC加热器减小5.62%,换热性能更优。     

金属氢化物储氢反应器放氢特性的数值模拟

为了研究金属氢化物储氢反应器放氢过程的热质传递特性,建立了金属氢化物反应器的2维轴对称数学模型.此反应器内装填了Ti0.95Zr0.05Mn1.55V0.45Fe0.09储氢合金和膨胀石墨组成的复合压块.通过与文献中实验数据的对比验证了所建立模型的有效性.考察了换热流体温度、流体平均流速和氢气排出压力变化对金属氢化物反...     

圆柱电池模组的热电制冷与温控性能分析

基于帕尔贴效应提出一种通过热电装置（Thermoelectric Device,TED）实时控制电池温度的方法.该方法集TED的制冷与加热功能于一体，控温效果良好，可以满足电池模组热管理需求.电池模组由3×5排列的圆柱电池组成，填充泡沫金属复合相变材料，热电装置布置在电池模组外壳正对大面处.与液冷试验相比，热电制冷可以在1～5 W单电池产热功率下显著降低电池模组的温度，将模组温差控制在5℃内.温控试验进一步表明，采用温控器实时控制的TED可以有效稳定模组温度，将温度波动控制在2～3℃.此外，建立一维热阻网络，基于稳态理论对TED热性能分析.结果表明，在制冷工况下，TED的冷端温度随其电流的增大呈先减后增的趋势，热端温度与TED电流成正比.     

一种新型固-固相变材料及其制备方法

本文根据相变传热的特点,建立了脂肪酸二元体系作为相变蓄热材料的传热模型,通过大量的实验验证了混合体系在融化和凝固过程中的热特性.通过DSC试验,对相变材料的相转变温度、焓变数值以及储热能力进行分析.现巳制备出二元相变体系(月桂酸:癸酸)的相变温度为21.31℃、焓变值153.17 J/g,复合相变体系的相变温度为23....     

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.     

相变材料/导热翅片复合热管理系统应用于三元体系锂离子动力电池模组实验研究

以三元动力电池模组为研究对象,通过研究自然对流、相变材料（Phase Change Materials,PCM）、相变材料/导热翅片3种不同散热技术,分析3种不同热管理系统（Battery Thermal Management System,BTMS）在室温（25℃）和高温（45℃）工况下不同恒定倍率放电及充放电循环过程中的温度变化规律、产热速率及温升速率,测试整个电化学反应进程中的最大温度及最大温差技术指标,深入研究不同散热介质对于电池组安全性能的影响机理。结果表明,无论室温/高温环境条件恒定倍率放电和大电流充放电循环工况,相变材料/导热翅片电池组通过对电池组侧面和正负极处进行强化传热,具有明显有效的降温和均衡温度的能力,可以实现电池组最高温度的快速降低,并维持电池模组最高温差在5℃以内,满足动力电池模组的散热需求。     

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.     

内翅片换热管内相变材料融化的数值模拟

将蓄冷空调常用的蓄冷装置——蓄冷球,用内翅片管来替代,将内翅片管中装入自行研制的相变材料,利用二维稳态导热方程,对相变材料的实际融化过程进行理论研究,探讨装有相变材料的内翅片换热管在不同时刻、所有节点的释冷情况．结果表明,内翅片换热管外的载冷剂温度不同、对流换热系数不同以及内翅片管的半径不同对翅片管内蓄冷材料的释冷特性有较大影响．