低温相变石蜡储热性能的实验研究

利用差示扫描量热仪对熔点在20~50℃的几种石蜡类相变材料及其它们的混合物的储热性能进行了实验研究。研究显示:石蜡的相变温度可根据组成进行调节,相变潜热大,无过冷现象,在多次吸放热后相变温度和相变潜热变化很小,稳定性好。该研究结果可为相变石蜡在建筑节能领域的应用提供依据。     

高温复合相变材料储热电暖器的储热性能CSCD

本文研究了基于高温复合相变材料的相变储热电暖器,对其储热性能、内部流场和温度分布及温度调控机制进行了实验和模拟研究,并与镁砖显热电暖器的储热性能进行对比。结果表明这类相变储热电暖器的储热平均温度高、平均温差小、出风口温度高,整体性能要优于镁砖显热电暖器。相同体积下两种电暖器储热量相当,但相变储热电暖器的重量可减轻1.6倍;在相同储热时间和储热温度下,同等重量的相变储热电暖器较镁砖电暖器可多储热68%。结果也展示了这类储热电暖器温度控制测点选择的重要性,当选取距离加热单元10 mm处的测点作为温度调控点时,电暖器内的平均温度和储热砖体的最高温度均能满足安全要求,而且加热单元电源在谷电8 h储热过程中只需启停两次。     

金属蜂窝/石蜡复合相变材料融化储热性能研究

针对金属蜂窝/石蜡复合相变材料融化储热过程中,金属蜂窝热传导与液相自然对流传热的竞争关系,基于流-固-热三场耦合理论,建立相变材料融化储热计算模型。开展相变石蜡融化试验,验证计算模型的正确性。进一步分析液相自然对流和金属蜂窝热传导传热的增强效应,以及两者间的竞争关系。结果表明：底部加热下的密闭方腔内相变石蜡融化储热过程可分为热传导、稳定增长、过渡和紊流等四个阶段;各阶段占总融化储热时间的比例分别为0.8%、2.3%、13.6%和83.3%。热量随着液相石蜡的自然流动实现无障碍传输,达到提升相变石蜡融化储热效率的目的。自然对流传热的增强效应随尺寸减小而显著降低,在尺寸小于2 mm后可忽略不计。金属蜂窝通过增大热传导性和传热面积,达到提升相变石蜡融化储热效率的目的。嵌入金属蜂窝后,相变材料储热过程中存在多层共融现象,且在融化区形成温度梯度。与纯石蜡储热效率相比,金属蜂窝作用呈现先增强后抑制的规律,当融化分数超出临界值0.77后,金属蜂窝将进入抑制阶段。     

含碳二元系相变储热材料储热性能分析选择北大核心CSCD

相变储热技术与聚光太阳能发电技术相结合可以提高太阳能的利用率,减缓化石燃料燃烧带来的环境压力。本文通过分析相变储热材料的选择标准,对筛选出具有研究价值的含碳二元系相变储热材料的性能特别是热物理性能进行分析。研究发现,硅、硼、铝、铬、铁单质材料与碳元素形成的二元化合物或固溶体具有较高的熔点,形成的含碳二元系相变储热材料在高温相变储热领域应用前景广阔。在含碳二元系相变储热材料中,Fe-C二元合金可满足高温相变储热系统1100~1500℃的相变储热要求,当合金为含碳4.3%的Fe-C共晶成分时,Fe-C二元合金的相变潜热理论值为611 kJ/kg,热导率约为(40±16)W/(m·K),相变温度为1148℃,具有相对其他合金成分更为优异的综合储热性能可用于聚光太阳能热发电系统储热。     

组合相变材料储热系统的储热速率研究

建立了组合式柱内封装相变材料熔化－固化循环相变储热系统的物理模型,用有限差分法进行了数值模拟求解。结果表明,与采用单一相变材料的传统储热系统相比,在给定相变材料组合方式和传热流体进口温度条件下,传热流体流量存在最佳值;选用三种石蜡作用相变材料和水作传热流体的模拟计算结果表明,相变速率可提高１５％￣２５％左右。     

石蜡/膨胀石墨复合相变储热材料的研究

以膨胀石墨为基体,石蜡为相变储热介质,利用膨胀石墨对石蜡良好的吸附性能,制备出了石蜡／膨胀 石墨复合相变储热材料。由于毛细作用力和表面张力的作用,石蜡在固-液相变时,很难从膨胀石墨的微孔中渗 透出来。实验结果表明,石蜡/膨胀石墨复合相变储热材料没有改变膨胀石墨的结构和石蜡的固-液相变温度, 且其结合了石墨高的导热系数和石蜡大的相变潜热,因而储热密度较高,导热性能好。其相变潜热与对应质量 分率下的石蜡相当,储/放热时间比石蜡明显减少。     

石蜡高岭土相变储热材料的制备及表征

为克服太阳能不连续与不稳定引起的建筑物室内温度波动的现象,文章以石蜡与高岭土为试验原料,制备一种用于建筑墙体隔热保温的新型高岭土基相变储热材料。采用XRD,SEM,FTIR和DSC测试方法研究了相变储热材料的结构与性能。结果表明：高岭土具有良好的吸附性能,能物理吸附大量的石蜡至其孔隙结构;石蜡高岭土相变储热材料的熔融和冷凝温度分别为27.5,25.3℃,熔融和冷凝相变潜热值分别为33.5,32.9J/g;服役期间,石蜡未从储热材料中泄露,也未与高岭土化学键合;经1 000次循环试验后,储热材料的相变温度与相变潜热值变化不显著。高岭土优异的吸附能力赋予了该储热材料优异的吸储热能力。高岭土与石蜡较好的物理化学相容性使储热材料具有优良的化学稳定性。     

组合相变材料柱状储热单元的储热特性实验研究

主要研究由硬脂酸,切片石蜡和月桂酸三种相变材料组合的圆柱储热单元的储热特性,测试结果表明,与单一相变材料的储热单元相比,组合相变材料的付热单元的储热速率明显提高。     

逆向流动边界下窄方腔内相变材料融化传热数值研究

为分析复杂流动边界条件对相变材料融化进程的影响,采用计算流体动力学方法进行数值模拟,研究了窄方腔内月桂酸在逆向流动边界中的融化传热特性。建立了填充有相变材料的窄方腔两侧流过参数相同但逆向的传热流体的物理模型。通过数值模拟得到了相变材料融化形态变化以及相对应的液体分数、温度、速度矢量分布等瞬态传热特性,从中总结出了腔体中相变融化机制和传热机理。选取雷诺数1×10⁴,3×10⁴,5×10⁴,7×10⁴和瑞利数3×10⁶,4×10⁶,5×10⁶,6×10⁶的7种工况,分析了不同边界条件对传热过程的影响。结果表明：腔内自然对流的产生大大增加了传热强度,导致顶部相变材料率先完全融化;融化阶段的传热方式依次为导热、导热与对流混合、对流主导传热;在两侧流体的共同传热作用下腔内外换热效果明显增强;雷诺数和瑞利数都对融化过程有积极的影响,但融化前期雷诺数影响较大,后期瑞利数逐渐起主导作用。     

Thermal Performance of a Phase Change Material‐Based Latent Heat Thermal Storage Unit

An experimental analysis is presented to establish the thermal performance of a latent heat thermal storage (LHTS) unit. Paraffin is used as the phase change material (PCM) on the shell side of the shell and tube‐type LHTS unit while water is used as the heat transfer fluid (HTF) flowing through the inner tube. The fluid inlet temperature and the mass flow rate of HTF are varied and the temperature distribution of paraffin in the shell side is measured along the radial and axial direction during melting and solidification process. The total melting time is established for different mass flow rates and fluid inlet temperature of HTF. The motion of the solid–liquid interface of the PCM with time along axial and radial direction of the test unit is critically evaluated. The experimental results indicate that the melting front moves from top to bottom along the axial direction while the solidification front moves only in the radial direction. The total melting time of PCM increases as the mass flow rate and inlet temperature of HTF decreases. A correlation is proposed for the dimensionless melting time in terms of Reynolds number and Stefan number of HTF. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Heat Trans Asian Res; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com/journal/htj ). DOI 10.1002/htj.21120     

强化太阳能相变蓄热技术的研究进展

为解决太阳能的间歇性问题,常将其与相变蓄热技术进行结合。与传统显热蓄热相比,相变蓄热可将蓄热能量提高数倍以上,具有巨大的研究和应用价值。本文总结分析了相变蓄热的传热机制及在强化太阳能相变蓄热技术上的研究手段,如变换蓄热结构、添加肋片、使用相变胶囊、充注多相变材料、蓄热材料中添加高导热物质等。分析结果显示,相变传热机制中,融化过程主要考虑对流换热,凝固过程热传导占主导;使用肋片、相变胶囊等,主要增大相变材料接触面与蓄热体的比值,进而改善传热;蓄热材料添加高导热物质,可以改善相变材料的团聚、结核及使用寿命,从而提高导热性能,其中添加泡沫金属效果最为显著。     

太阳能相变蓄热复合土壤源热泵系统的研究

叙述了以太阳能相变蓄热装置蓄热,且与蒸发器进口处换热的辅助热泵系统,用20号蓄热专用石蜡,通过板式换热器与蒸发器进水管进行热量传递的实验。指出,利用太阳能集热器在白天升高蒸发器侧的温度提高热泵效率,利用储存在蓄热装置中的热量夜晚可对蒸发器的进水增温,以此实现太阳能相变蓄热装置与复合土壤源热泵系统的良好结合,提高整个系统的供热效率。     

Experimental Investigation of Heat Storage and Heat Transfer Rates during Melting of Nano-Enhanced Phase Change Materials (NePCM) in a Differentially-Heated Rectangular Cavity

In this work, an experimental study of melting heat transfer of nano-enhanced phase change materials(NePCM) in a differentially-heated rectangular cavity was performed. Two height-to-width aspect ratios of the cavity, i.e., 0.9 and 1.5, were investigated. The model Ne PCM samples were prepared by dispersing graphene nanoplatelets(GNP) into 1-tetradecanol, having a nominal melting point of 37℃, at loadings up to 3 wt.%. The viscosity was found to have a more than 10-fold increase at the highest l...     

泡沫铜强化石蜡相变蓄热特性的数值分析

通过构建泡沫金属内固液相变传热模型,对方腔蓄热单元中泡沫铜强化石蜡相变蓄热特性进行数值分析。数值模型采用考虑泡沫金属真实结构的等效导热系数通用模型,并兼顾石蜡在融化前后与金属骨架之间的热非平衡效应。通过求解模型得到方腔内石蜡固液界面演化规律与温度分布,进而对蓄热过程进行火用分析。结果表明:当前数值模型能较好地预测泡沫铜内固液相变传热;泡沫铜显著改善了石蜡相变的空间均匀性,减小了蓄热区温度梯度,使蓄热速率和火用效率得到有效提高。     

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。     

高温相变蓄热技术的研究进展

蓄热技术不仅能缓解环境污染和能源浪费的问题,还可以解决热能供给与需求失的矛盾.文中对高温相变蓄热技术的应用和研究现状做了一个综述,从蓄热材料的选择、蓄热器的数值模拟和数学建模、系统研究三个方面对高温相变蓄热技术的研究进展热点以及现状进行了总结.尤其对高温相变蓄热技术在太阳能热发电中的应用现状,并对高温相变蓄热技术在太阳能热发电中的应用进行了分析和展望.     

电热型管壳式相变蓄热器的设计与性能实验

相变蓄热技术近年来在电力削峰填谷的应用中发挥了重要作用,成为供热领域的新热点。本文设计了以PTC电加热棒为发热源,水为载热介质,纳米共晶水合盐为相变蓄热材料的管壳式相变蓄热器。实验研究了蓄放热过程中装置内部水和相变材料的温度分布情况以及特定温度范围的蓄放热性能及变化规律。结果表明,以圆管正三角阵列 + 折流板为特征的管壳式换热器结构可以使蓄热器内部温度分布更加均匀;以某测温点水温75 ~ 98℃变化区间为蓄放热周期,蓄热周期的实际蓄热量为779 796 kJ,有效蓄热系数达到0.91,平均蓄热功率为94.13 kW;在放热周期,放热功率从74.2 kW随水温的下降而逐渐减小至51.8 kW,当水温降至相变温度以下时,放热功率趋于稳定。     

有机相变储能材料的研究进展

有机相变储能材料（PCMs）具有储能密度高、腐蚀性小、性能稳定、毒性小、不易出现相分离和过冷现象等优点,成为目前蓄能技术领域主流应用材料之一。本文主要综述了各类有机PCMs的材料特性,针对其导热系数普遍较低的共性问题,介绍了通过添加高热导率材料和封装PCMs两种强化传热途径的最新研究成果,并浅谈了有机PCMs在建筑节能、太阳能利用及冷却电子设备等中低温储能技术中的实际应用情况。最后,总结了有机PCMs目前存在的一些瓶颈问题及未来研究的重点方向。