使用泡沫铜增强相变材料换热性能的实验研究

针对有机相变材料(PCM)导热系数较低的缺点,通过实验研究了添加通孔泡沫铜金属材料增强相变材料导热系数的方法。选择脂肪酸二元低共熔混合物相变材料作为蓄热介质,通过对其进行DSC测试分析,得到其相变温度和相变潜热。对壳管式潜热蓄热系统填充介质为纯PCM与PCM/泡沫铜复合相变材料两种工况下的熔化过程进行对比实验研究。实验数据表明,与纯PCM蓄热系统相比,添加泡沫铜的蓄热系统换热性能得到增强,整个蓄热器内PCM达到相变温度的时间仅为纯PCM系统的22.5%。     

环形通道中蓄能物质的相变传热特性实验研究

搭建了环形通道式相变蓄热实验台。以石蜡为相变材料,实验研究了相变材料蓄热过程的传热特性。利用红外热成像技术,获得了相变材料相变蓄热过程中的温度分布及相变界面位置随时间的变化规律。研究结果表明:加热温度越高,相变材料内部自然对流现象出现得越早,完成相变的时间越短;沿管长方向各截面的熔化传热规律相近;热源的流量对石蜡蓄热特性影响不大;随着Stefan数的增大,熔化所需的时间显著减少;加热初期等温线沿着加热内壁呈同心圆分布;随着时间的推移,浮升力引起的自然对流使热流体上升,通道截面上部的等温线呈椭圆状,熔化速度明显增加。自然对流对环形通道内的相变影响较大,在数值计算中不容忽略。     

新型相变材料QN-2的蓄放热特性研究

采用QN-2相变材料,设计并制作了同心套管式蓄放热单元,搭建了相变蓄热单元性能测试试验台,分别对在不同工况下的蓄放热进行了研究,分析了在改变热媒水的流量、进口温度变化、内管加入翅片的条件下对蓄放热过程的影响。研究结果表明:增大热媒水与蓄热材料的温差和热媒水的流量可以缩短蓄放热时间,在加入翅片的条件下对放热过程的影响没有对蓄热过程大。初步掌握同心套管式蓄热单元的蓄放热特性,为今后相变蓄热器的选型和性能的评估提供参考依据。     

翅片管式蓄热器固液相变传热特性的实验研究

本文设计搭建了固液相变蓄热实验测试系统,研究翅片管式蓄热器内部的固液相变传热性能,获得了固液相变过程中相变材料区域以及翅片径向,轴向方向上的温度变化,重点讨论相变材料区域的温度变化及翅片对固液相变过程的影响规律。研究结果表明,相变材料区域熔化过程可分成初始升温期,相变平缓期,加速升温期,温度饱和期四个阶段,翅片区域的温度变化则经历了快速升温、温度平缓、缓慢升温三个阶段。在翅片温度变化平缓期,其周围的相变材料处于固液相变期间,当翅片温度开始缓慢升温时,其附近的相变材料区域已处于液体状态。在固液相变发生前,翅片上轴向温度分布较均匀,在整个相变过程中,系统轴向方向相变区域的温度分布较为均匀。     

翅片管簇式相变蓄热器的实验研究

设计了一种翅片管簇式相变蓄热器,对其进行实验研究。翅片管簇式相变蓄热器能有效地解决相变蓄热装置放热过程时间长、换热效率低的问题,具有很好的工程应用潜力。     

应用于建筑采暖的薄壁式相变蓄热箱体实验研究

搭建了抛物槽真空管集热-薄壁式相变蓄热箱体蓄热系统,以石蜡为相变材料,利用抛物槽真空管集热器产生的热水对尺寸为800 mm×60 mm×800 mm的薄壁式相变蓄热箱体进行蓄热,并对其放热过程热分层现象进行研究测试。对薄壁式相变蓄热箱体进行了温度和热流密度测点的布置,通过对壁面温度、内部温度和壁面热流密度的测试分析,得出了蓄热箱体具有热分层的现象,提出了应用建议。     

套管式相变蓄热器内管排列方式和壁温的影响

以卧式套管式相变蓄热器为研究对象,该装置由外管、4根相同的内管、相变材料石蜡组成。外管半径为50 mm,长度为480 mm,内管半径为10 mm,长度为500 mm。外管套在4根内管外面,内管两端连接传热流体,外管和内管之间的封闭空间封装着石蜡。由于管长较短,假设传热流体进出口温度基本相同,将蓄热器简化为二维模型。通过COMSOL Multiphysics软件对二维模型进行求解,模拟当内管以正方形、菱形1、菱形2排列时,观察石蜡的熔化过程和凝固过程,分析不同排列方式对相变蓄热器传热的影响。选取传热效果最好的正方形排列方式,模拟不同内管壁温对石蜡熔化和凝固过程的影响,分析不同内管壁温对相变蓄热器传热的影响。结果表明:内管不同排列方式时,正方形排列石蜡熔化和凝固所需时间最短;正方形排列的内管壁温从313 K增加到323 K、333 K时,完全熔化时间分别缩短了43. 57%、57. 14%,内管壁温从293 K下降到283 K、273K时,完全凝固时间分别缩短了47. 57%、59. 97%。     

套管封装相变材料准稳态传热模型研究

本文建立了套管封装相变材料的准稳态简化传热模型,对定温边界条件下相变套管凝固、熔化过程的传热特性进行了模拟分析。进一步将准稳态简化模型的模拟结果与套管封装相变材料CFD数值传热模型的计算结果进行对比分析。结果表明,在相变过程中,准稳态简化模型计算的套管内工质(不流动)的温度与通过内、外套管表面热流及其变化趋势与数值计算结果一致,温度平均误差小于0.5℃,热流平均误差小于10%,模型准确性较好。准稳态简化传热模型的计算时间不到数值模型计算时长的1%,计算效率高,易于嵌入建筑热湿软件包进行集成模拟分析。     

板式相变蓄热器传热性能研究

对板式相变换热装置建立了数学模型,用FLUENT软件对其蓄热过程进行了动态模拟,得出了以CaC l2.6H2O为相变蓄热介质的板式蓄热装置在蓄热过程中,有无自然对流情况下液相分数和热流密度随时间的变化规律。     

相变储能-毛细嵌管单元动态传热特性研究

介于焓-多孔介质法在相变蓄热研究领域较为成熟,非常适用于相对复杂的相变过程所呈现出非线性物理场的计算。因此采用焓-多孔介质法,通过改变换热流体(水)的进口温度和流速对毛细嵌管单元动态传热性能的影响,观察相变区域的多孔度-液相率的大小与嵌管特定位置的温度情况,并通过实验所测数据进行对比验证。最后得出进口温度为283 K、流速为0.5 m/s时各截面的液相分数最小,对比3种进口工况发现,283 K、288 K、293 K分别在4200 s、4800 s、5750 s达到换热稳定状态,283 K工况相对于288 K、293 K工况分别节省12.5%和26.9%的换热时间。进一步研究嵌管结构方式(直管、螺旋管、U型管)对系统循环换热效率的影响,发现相同进口状态下螺旋管使相变材料的换热效果最佳。该结论可为相变蓄热领域的研究奠定基础和提供参考。     

数值模拟分析自然对流对管壳式相变蓄热装置熔融过程的影响

随着能源优化配置和清洁供热的需求越来越高,提高固液相变蓄热的换热效率成为相变蓄热中的重要问题,特别是自然对流影响。本文运用数值模拟方法研究了水平单管管壳式的Ba(OH)2·8H2O蓄热装置中自然对流与无对流对其熔融过程的影响,对熔融过程相界面进行了详细的描述。结果表明,在熔融过程中,对流传热在5min～30min内成为传热主导方式,较高温度的液相材料上升,而较低温度的液相材料下降,从而产生循环对流,使上部区域相较于换热管下部区域先熔融,自然对流加速换热管中上部区域换热效率,但对下部区域换热效率影响较小。总体来说,自然对流使相变材料熔融时间缩短19.23%。     

同心套管相变蓄热装置内管数量的优化模拟

以石蜡作为相变材料,在填充率一定的前提下,分析同心套管相变蓄热装置(以下简称蓄热装置)内管数量对石蜡熔化过程的影响。以4内管为基准,考虑石蜡熔化时间、单位长度内管换热面积,确定最优的内管数量。石蜡的温度变化先快后慢,最后趋于稳定。时间相同时,内管数量越多,石蜡平均温度越高。相同时间,不同内管数量蓄热装置横截面的石蜡液相率均呈上大下小。相同时间,内管数量越大,蓄热装置内未熔化的石蜡越少。在石蜡液相率趋于稳定前,内管数量越多,相同时间石蜡液相率越大。蓄热装置的最优内管数量为10。     

泡沫铜/石蜡复合相变材料融化过程的换热特性

为了研究强化相变蓄热器的换热情况,搭建了矩形腔体内填充泡沫金属/石蜡的实验台,在恒壁温条件下,进行了泡沫金属/石蜡复合相变材料的融化蓄热实验.根据实验数据绘制了不同加热温度下石蜡内部温度随时间变化曲线,分析了腔体内自然对流对温度分布的影响、传热温差对蓄热时间的影响.结果表明,泡沫金属的高导热性能强化了石蜡在腔体内的融化...     

超临界二氧化碳在套管式换热管中的实验研究

在四种不同形式的套管式换热管中对二氧化碳的换热性能进行了实验研究。结果表明：在质量流量不变的条件下,不同的压力和入口温度下超临界二氧化碳在单直管内的局部换热系数随着温度的降低先升高后降低;对于不同的管型,相同的压力和进水温度条件下二氧化碳在三直管和双螺旋内管的换热量基本相同,两者出水温度的变化也相同;单螺旋内套管在出水温度、换热量、换热系数等各项换热性能指标都比单直管好,双螺旋管内的换热系数高于三直管,从而得出螺旋套管的换热性能优于直套管换热管。     

蓄热式换热器周期性换热过程的性能分析

针对暖通空调涉及的周期性换热过程(如相变地板、夜间通风、地埋管换热等)进行分析.周期性换热过程可视为等效冷源与等效热源之间非同时的换热过程,地板、土壤等中间媒介起蓄能和间接换热的作用.提出了整个换热过程的热阻分析方法,认为换热量由取热阶段流体与中间媒介表面换热过程、放热阶段流体与中间媒介表面换热过程及中间媒介自身导热过程三方面的热阻决定.计算得到地板白天蓄热夜间放热过程、夜间通风蓄冷过程、地埋管以年为周期的换热过程中,三部分热阻所占比例,分析了蓄热性能的制约因素,为蓄热式换热系统的设计与优化提供参考.     

梯度骨架对相变材料传热特性影响模拟研究

对7种梯度(指沿指定方向多孔介质骨架体积占比的变化率)复合相变材料(添加多孔介质骨架的相变材料,长×高×宽为7.0 cm ×7.0 cm ×1.4 cm)的融化速率、蓄热速率、内部温度均匀性进行模拟研究。多孔介质骨架体积占比由孔隙率表征,孔隙率越大说明占比越小。沿对角线方向孔隙率变大的复合相变材料融化速率最快。高温壁面侧骨架体积占比越大,越有利于加快蓄热速率。沿对角线方向孔隙率变大的复合相变材料内部温度均匀性最佳。沿对角线方向孔隙率变大的复合相变材料综合性能最优。     

含翅片矩形腔体内相变材料传热特性研究

相变材料低导热特性影响相变传热进程,添加金属翅片可有效提高相变材料传热速率.本文通过使用有限元软件模拟相变材料的熔化过程.通过改变翅片高度、翅片厚度、翅片个数、加热壁面的温度以及将铝片换为导热性能更好的铜片来研究相变材料熔化过程.研究结果表明:增加翅片高度、翅片个数和提高热源壁面温度对强化换热效果具有显著的作用,增加翅...     

高温相变蓄热材料研究进展

本文通过对高温相变蓄热材料国内外研究现状进行分析,提出探索高温相变蓄热过程热力学行为特性,建立热-结构耦合分析模型,并与实验研究相结合,是弄清相变过程热力学机理、掌握相变蓄热技术、进行吸热/蓄热器和热控系统以及相变蓄热容器合理设计的关键,并将为最终在太阳能发电、高温热能回收、航天以及冶金等其它工业领域的技术应用奠定基础。     

用于海水养殖的管壳式梯级相变蓄热装置内部传热特性的数值模拟研究

为了解决海水养殖中太阳能不连续、不稳定的蓄热问题,本文设计了可用于海水养殖行业的高效梯级相变蓄热器模型,并对其内部传热特性进行了数值模拟研究,分别对同一工况下每级PCM(PCM1、PCM2、PCM3)内部上中下三部分位置的传热特性进行了分析和讨论,同时还探究了梯级相变蓄热装置中每级PCM内相同位置的传热特性差异。结果表明:管壳式梯级相变蓄热装置在充热前期内部传热以热传导为主导,中后期以自然对流为主导;PCM上中下三部分都有较显著的传热差异,PCM3熔化速度较PCM2、PCM1快,PCM下部与中部之间的对流传热是影响换热器整体相变速率的关键。本文建立的管壳式梯级相变蓄热模型可为高效梯级相变蓄放热装置的结构设计提供依据,以推动高效梯级相变蓄热技术在海水养殖等行业的大规模应用。     

相变蓄能墙多因素热特性分析及优化研究

建筑围护结构的热损失是建筑内部热量散失的主要途径。与传统墙体保温材料不同,相变蓄能技术可以利用潜热蓄能达到数倍于普通围护结构的蓄热和热惰性效果。该文针对我国北方地区夏季蓄冷,利用热焓法建立相变蓄能墙体物理模型并进行数值模拟,通过蓄热量、延迟性及熔化过程3个指标为依据来分析相变蓄能墙的因素影响特性。结果表明:夏季相变材料层设置在室内侧位置更有利;随着室内对流换热系数的增大,相变材料层的蓄热量随之增大,而延迟时间减小;相变材料层存在蓄热性能最优的最佳厚度;墙体材料和厚度的选择同样起到关键性作用,墙体材料厚度越大反而越不利于相变材料的蓄热性。该文所得出的优化结论对相变墙结构的优化与应用提供参考。