石蜡-泡沫铜复合相变蓄热材料热特性的研究

采用石蜡和泡沫金属铜,制备了泡沫金属铜填充量为15％的复合相变蓄热材料,并搭建了一套可视化实验系统,研究了复合相变蓄热材料在熔化过程中固液界面的变化过程.基于焓-多孔介质模型,对复合相变蓄热材料的熔化过程进行了数值模拟.研究结果表明:泡沫金属铜强化了复合相变蓄热材料的导热性能,复合相变蓄热材料的熔化时间较纯石蜡缩短了3...     

泡沫金属填充率对相变材料强化换热的机理研究

本文基于石蜡和泡沫金属铜制备了复合相变蓄热材料,设计并搭建了可视化蓄热实验装置,分析了泡沫金属铜填充率对石蜡蓄热过程的强化传热机理。实验结果表明：当泡沫金属铜的填充率从0增至2.13%时,复合相变蓄热材料的融化时间从901 s缩短至791 s,缩短了12.21%;当泡沫金属铜的填充率为2.13%时,石蜡内部的温度梯度最小,为22.52 K。此外,随着泡沫金属铜填充率的增加,复合相变蓄热材料的蓄热量从15 932 J减小至13 296 J,减少了16.55%,蓄热速率先减小后增大,分别为18.41、18.33、18.64、19.13 J/s,当泡沫金属铜的填充率为0.99%时,蓄热装置中石蜡的蓄热量为14 539 J,蓄热速率为18.52 J/s,蓄热装置的蓄热性能较好。     

泡沫铜对相变蓄热系统放热性能的影响

采用复合相变材料泡沫铜/纯石蜡,探究其在相变蓄热系统中的放热特性,以及放热过程中石蜡温度变化规律。实验结果表明:复合相变材料泡沫铜/纯石蜡的加入,有效提高了相变蓄热箱内相变材料的当量导热系数,且由于泡沫铜和石蜡之间不同的传热特性,改善了石蜡的温度分布,使得横截面上换热较均匀,加快了石蜡的凝固速率。     

石蜡/泡沫碳相变复合材料的制备及蓄热实验

以石蜡类正二十烷相变材料为填充材料,泡沫碳为基体材料,制备了石蜡/泡沫碳相变复合材料。采用差示扫描量热法(DSC)分析了正二十烷相变材料的热物性,通过扫描电子显微镜(SEM)分别获得了泡沫碳和正二十烷/泡沫碳相变复合材料的表面形态图像。搭建了相变蓄热装置实验台,对3种不同材料的相变蓄热装置进行蓄放热对比实验,记录并分析了相变蓄热装置温度测试数据。与正二十烷的结果对比,泡沫材料的填充大幅提高相变材料的传热性能。在蓄热过程中,泡沫复合相变材料的升温速率明显降低;在放热过程中,正二十烷/泡沫碳相变复合材料温度恢复至室温的时间比纯二十烷恢复至室温的时间减少约30%。     

泡沫金属相变材料熔化传热过程的数值分析

以泡沫金属为基体,孔隙中填充相变材料制成的蓄热材料为研究对象,利用FLUENT凝固/熔化模型对填充和未填充泡沫金属的两种相变材料制成的蓄热球的相变传热过程进行数值模拟研究,得到了蓄热球传热过程的温度场分布、相界面移动规律。研究表明与未填充泡沫金属相变材料的蓄热球相比,填充泡沫金属相变材料的蓄热球能显著缩短其熔化时间并提高相变材料内部温度均匀性,从而能提高蓄热装置的蓄热速率,对相变问题的数值模拟以及相变蓄能装置的设计具有重要的参考价值。     

正十八烷/泡沫相变复合材料蓄热实验研究

通过实验对相变复合材料的相变过程进行研究,将相变材料正十八烷(C18)分别填充到泡沫铜和泡沫碳中来提高相变材料的导热性能,采用差示扫描量热法(DSC)分析了正十八烷相变材料的热物性。利用相变蓄热装置对三种不同材料(C18、C18/泡沫碳、C18/泡沫铜)进行蓄放热对比实验,记录温度测试数据,分析这三种不同材料的温控性能与蓄热能力,并与正十八烷的结果对比。结果表明:泡沫材料的填充大幅提高相变材料的温控性能,使蓄热装置温度分布更均匀。     

石蜡基/碳素复合相变材料的强化传热研究现状与应用

在化石能源紧缺,工业余热废热回收利用率急需提高的情况下,研究可以提高蓄热效率的新材料新技术就显的尤为重要。对石蜡基/碳素复合相变材料(PCM)的强化传热与蓄热技术的研究进展进行了总结和评价,包括石蜡基相变材料的热物性及其特点,相变蓄热技术的特点及强化传热等方面。最后对相变蓄热技术的应用现状和前景进行了归纳和总结。     

膨胀石墨对石蜡膨胀石墨复合相变材料热工性能的影响

在石蜡中加入不同含量的膨胀石墨制备了石蜡/膨胀石墨复合相变材料,通过测定不同膨胀石墨掺量的复合相变材料的导热系数、比热容、蓄热系数、热稳定性、热膨胀系数等参数,探究了膨胀石墨对石蜡的热工性能的影响规律。结果表明,膨胀石墨的加入,复合相变材料的导热系数呈线性增大,传热能力增强,蓄热时间缩短,蓄热系数增加,使石蜡的热效率提高;同时,冷热循环过程中,热膨胀系数减小,化学结构稳定,封装效果良好,具有较好的热循环稳定性和热化学稳定性,使石蜡的热稳定性提高。     

导热填充物对石蜡复合相变储热系统传热行为影响的数值模拟

采用有限元方法模拟圆柱体潜热蓄热系统中的相变蓄热过程。该模型为:以圆柱体封装装置存储相变物质石蜡,圆柱体中间插入一根热水铜管给相变物质供热,不同数量的铜肋片或者不同质量分数的压缩膨胀石墨用于提高相变传热速率。其中铜肋片沿圆柱体径向方向插入圆柱体内;熔融石蜡经过真空浸渗到压缩膨胀石墨内形成压缩膨胀石墨/石蜡复合材料,然后将复合材料填充到圆柱体内。该模型包括四个物理过程:热传导、流体流动、相变传热和对流传热。模拟结果表明,不同数量的铜肋片以及不同质量分数的压缩膨胀石墨对相变储热速率均有明显提高。添加压缩膨胀石墨比添加铜肋片更经济,传热更均匀。     

膨胀石墨基复合相变材料的结构与性能研究

以膨胀石墨(EG)为载体,石蜡为相变材料,利用EG对石蜡良好的吸附性,制备了膨胀石墨基复合相变材料。采用扫描电镜、差示扫描量热仪、RC-4温度记录仪、傅里叶红外光谱仪、X射线衍射分析仪对复合相变材料的结构与性能进行了测试和表征。实验结果表明,复合相变材料是EG和石蜡的物理结合,随着EG含量的增加,复合相变材料的相变潜热和相变温度降低,但分散性提高,稳定性增强,导热性能增加;同时,蓄热时间缩短,效率增加,且蓄热过程中温度对复合相变材料相变时间影响明显;综合分析,要保证复合相变材料结构稳定和性能优良,EG的质量分数应控制在10%左右。     

Reproducibility of solidification and melting processes in a latent heat thermal storage tank

This study analyzes the reproducibility of solidification and melting tests in a tank containing 181 kg of paraffin for cold storage at around 8 °C. Firstly, an experimental campaign of 10 identical tests was carried out. The performance is practically the same in terms of PCM temperatures and thermal power, with a maximum deviation of 2% in the capacity of all tests. In a second campaign, the impact of the initial conditions was studied. The results indicate that fixing a same mean PCM temperature at the beginning of the tests is insufficient to ensure an accurate reproducibility. Depending on the heat transfer rate during the preparation tests, the capacity differed in up to 33%. In tanks with such quantities of PCM, fixing a uniform initial PCM temperature is hardly possible, thus it is important to prepare the tank with same operation conditions.     

纳米铜粉/石蜡复合相变储能材料的性能研究

针对石蜡作为固-液相变储能材料存在导热系数小、传热性能差的缺点,利用两步法制备了分散均匀稳定的纳米铜粉/石蜡复合相变材料,并研究了其热物性能。研究表明,纳米铜粉的加入能略微降低石蜡相变储能材料的相变潜热,对相变温度的影响不大,但能有效提高石蜡相变储能材料的导热系数,且使纳米铜粉/石蜡复合相变材料具有较好的热稳定性。     

相变装置中填充泡沫金属的传热强化分析

通过对泡沫金属结构的分析,将泡沫金属结构简化为二维的循环扩展六边形网格形式,且传热单元被分为九个导热层。在此基础上以热阻分析推导出了在泡沫金属作为填充材料时其整体有效导热系数Koff与泡沫金属空隙率ε之间的数学关系式。分别以泡沫铜、泡沫铝填充石蜡为例与用铜、铝翅片并联和串联两种方式填充石蜡时的有效导热系数进行了计算对比,从计算结果可以明显看出采用泡沫金属作为填充材料,其整体效果要优于翅片,可显著改善相变储能装置的传热性能及储能效率。     

相变蓄热系统放热过程性能实验研究

本文通过对热泵空调系统的相变蓄热冷凝热回收装置进行放热实验,分别测试了不同冷水进水温度和不同水流量下蓄热箱中石蜡及蓄热箱热水出口温度的变化情况。实验结果表明:水流量对石蜡凝固过程的影响较小,提高水流量或者冷水温度可以在一定程度上缩短获取热水时间,但会相应增加能耗;石蜡初始温度提高,石蜡释放显热的速率加快,可以缩短获取热水时间;提高系统的蓄热效率对冷凝热的回收和利用有较大意义。     

石蜡相变材料强化传热技术进展

介绍了相变材料（PCM）的分类及应用,石蜡类有机相变材料具有较高的相变潜热,无过冷及析出现象,性能稳定、无毒、价格便宜,但也存在导热系数小、密度小的缺点;阐述了国内外为强化石蜡相变材料传热对其所作的大量研究;示出了常用相变传热的传热模型和相变传热问题的求解方法。     

Influence of oil on nucleate pool boiling heat transfer of refrigerant on metal foam covers

Nucleate pool boiling heat transfer characteristics of refrigerant/oil mixture on metal foam covers were experimentally investigated. The refrigerant is R113, and the oil is VG68. The copper foams, having ppi (pores per inch) of 10 and 20, porosity from 90% to 98%, and thickness of 5 mm, are selected in this study. Experimental conditions include a saturation pressure of 101 kPa, oil concentrations from 0 to 5%, and heat fluxes from 0 to 80 kW m⁻². The experimental results indicate that the nucleate pool boiling heat transfer coefficient on copper foam covers is larger than that on flat heated surface by a maximum of 160% under the present experimental conditions; the presence of oil deteriorates the nucleate pool boiling heat transfer on copper foam covers by a maximum of 15% under the present experimental conditions, and the deterioration of oil on nucleate pool boiling heat transfer on copper foam covers is lower than that on a flat heated surface. A correlation for predicting the nucleate pool boiling heat transfer coefficient of refrigerant/oil mixture on copper foam cover is developed, and it agrees with 95% of the experimental data within a deviation of ±20%.     

Hierarchical graphene foam-based phase change materials with enhanced thermal conductivity and shape stability for efficient solar-to-thermal energy conversion and storage

Recently,graphene foam (GF) with a three-dimensional (3D) interconnected network produced by template-directed chemical vapor deposition (CVD) has been used to prepare composite phase-change materials (PCMs) with enhanced thermal conductivity.However,the pore size of GF is as large as hundreds of micrometers,resulting in a remarkable thermal resistance for heat transfer from the PCM inside the large pores to the GF strut walls.In this study,a novel 3D hierarchical GF (HGF) is obtained by filling the pores of GF with hollow graphene networks.The HGF is then used to prepare a paraffin wax (PW)-based composite PCM.The thermal conductivity of the PW/HGF composite PCM is 87％ and 744％ higher than that of the PW/GF composite PCM and pure PW,respectively.The PW/HGF composite PCM also exhibits better shape stability than the PW/GF composite PCM,negligible change in the phase-change temperature,a high thermal energy storage density that is 95％ of pure PW,good thermal reliability,and chemical stability with cycling for 100 times.More importantly,PW/HGF composite PCM allows light-driven thermal energy storage with a high light-to-thermal energy conversion and storage efficiency,indicating its great potential for applications in solar-energy utilization and storage.     

基于孔尺度的泡沫金属强化相变储热材料传热性能数值模拟

导热系数低是影响相变储热材料应用的主要难题之一,而泡沫金属具有高热导率、高孔隙率以及高比表面积等特性,在相变材料中添加泡沫金属可实现强化传热。该文基于泡沫金属基3D微观结构W-P模型,重点分析了泡沫金属基复合相变材料有效导热系数与泡沫金属孔隙率以及孔径的关系,采用数值模拟方法利用该模型预测并验证了泡沫铝6101添加空气与水的有效导热系数,研究结果表明该模型能够精确预测泡沫金属材料有效导热系数,在此基础上预测了石蜡中添加泡沫铜的有效导热系数,结果表明,泡沫金属可以显著提高相变材料的导热系数,当泡沫铜的孔隙率为97.57%时,复合相变材料的导热系数与纯石蜡相比提高了13倍。研究结果对于相变储热材料的热物性强化研究具有一定参考价值。