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。     

泡沫复合相变材料储放热过程的实验数值模拟研究

以框架状泡沫铜为载体,Ba(OH)2·8H2O为相变储热材料,利用多孔泡沫金属骨架材料良好的吸附性能,制备出泡沫金属复合相变储能材料。采用差示扫描量热法测量Ba(OH)2·8H2O的相变温度和相变潜热,搭建了含泡沫铜和未含泡沫铜相变储能装置的实验台,根据焓-多孔介质模型数值模拟固液相变传热过程。结果表明,泡沫铜的填充不仅增加了相变材料的导热系数,而且缩短了相变材料熔化和凝固时间。数值计算与实验结果吻合良好,验证了该数学模型的可靠性,研究结果对相变储能装置在实际应用中具有一定的指导意义。     

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。     

泡沫铜对石蜡强化传热机理的实验和模拟研究

为探究石蜡融化时泡沫铜的填充对其内部传热的影响,设计并搭建了一套可视化蓄能实验装置.分析了泡沫铜填充率对石蜡相变过程的强化传热机理,并建立其传热数学模型,利用fluent软件对石蜡融化的相变传热过程进行数值计算.实验和模拟结果表明,当泡沫铜的填充率从0％增大到1.28％时,复合相变蓄热材料的融化时间从901 s缩短到8...     

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...     

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。     

流体横掠泡沫金属中等温光管的流动与传热分析

基于Brinkman-Forchheimer-extended Darcy流动模型和局部热平衡传热理论建立了流体横掠泡沫金属中等温光管的对流传热控制方程组,运用Runge-Kutta法和"打靶法"对方程组进行了数值求解,依据数值计算结果对流体流动与传热性能进行了分析,并得出了对流传热的Nusselt数关联式。结果表明,泡沫金属的孔隙率和孔密度(ppi)对强化传热起着至关重要的作用,但它的存在同时也增大了压力降,这为泡沫金属在换热器等化工设备上的实际应用提供了理论依据。     

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。     

膨胀石墨/石蜡/高密度聚乙烯导热复合定形相变材料传热行为的数值模拟

采用FLUENT软件,对膨胀石墨(EG)/石蜡/高密度聚乙烯(HDPE)导热增强型复合定形相变材料(PCM)的熔化凝固过程进行数值模拟。结果表明,相变材料在熔化过程中的传热方式以自然对流为主,凝固过程以热传导为主,凝固过程长于熔化过程;EG能够提高熔化和凝固速率,并分别提高了545%,554%,弥补了石蜡热导率低的缺陷。为了验证模型的有效性,通过实验获得了石蜡/HDPE随时间变化的液相体积分数,模拟数据与实验结果基本吻合。     

开孔金属泡沫的传热分析

主要从开孔金属泡沫微观组织的基本结构出发对开孔金属泡沫内的固体热传导、气体热传导和热辐射进行了分析,根据以上的分析利用能量方程和两热流法建立了开孔金属泡沫的传热模型,并利用试验对泡沫镍的有效导热系数进行了测量,泡沫镍的有效导热系数实验值验证了开孔金属泡沫传热模型的正确性.     

Numerical simulation of Knudsen diffusion in metallic foam

This paper addresses diffusion of air within a cellular metal. A Knudsen diffusion simulation is performed on both simplified model structures and, for the first time, computed tomography data of real materials. In the first part, the three deflection models (mirror reflection, random deflection and random cosine deflection) are compared. It is found that the Knudsen diffusivities of the model structures exhibit different values for each deflection model. The second part is a Knudsen diffusion simulation on computed tomography data of M-Pore® aluminium foam from which an estimate of its Knudsen diffusivity is obtained. Four sub-geometries of the same specimen are converted into voxel calculation models. All calculations show high Knudsen diffusivities with average values of 1.99 m²/s (random cosine deflection) and 2.09 m²/s (random deflection). Plots of the Knudsen diffusivity versus porosity show an increase of diffusivity with porosity.     

纳米流体强化相变蓄冷的数值模拟

采用Fluen软件对封闭腔内Cu-H2O纳米流体强化相变蓄冷进行了数值模拟,重点分析Cu纳米粒子添加量和Gr数对蓄冷性能的影响,并解释其换热机理.研究结果表明:Gr数对其结冰时间影响不大,但纳米流体的质量分数是影响纳米流结冰时间的一个主要因素.对于一给定的Gr数,随着纳米粒子质量分数的增加,结冰时间减少,这是由于纳米流体相比基液具有较高的导热系数.另一方面,由于纳米流体融解潜热降低,则纳米流体结冰时,每单位质量的纳米流体需要的能量较少,所以纳米流体具有较高的热释放率,在相变储能应用中具有巨大优势.     

肋板式吸附床传热性能的数值模拟

设计了新型肋板式结构吸附床,建立了吸附床在非第一类边界条件的三维传热传质数学模型.应用计算流体动力学中有限控制体积方法对吸附床内传热特性进行了模拟计算,并通过研究吸附床内温度随时间的动态变化,分析了换热流体参数和吸附剂导热系数变化对床层传热特性的影响.计算结果表明,吸附剂的导热系数,换热流体流速、温度对床层传热特性影响显著且肋板式吸附床传热效率高,吸附床内温度分布均匀.     

轨道车辆空调相变蓄冷换热器放冷过程的数值仿真研究

通过建立传热过程的数学模型,对轨道车辆空调相变蓄冷换热器放冷过程进行数值仿真计算,得到圆管型和扁管型蓄冷换热器在不同条件(环境温度、风速和蓄冷材料导热系数)和不同结构尺寸(圆管的管径、扁管的厚度)下的总放冷量和放冷时间,根据计算结果分析对比了蓄冷换热器在不同条件下放冷效果的优劣,结果表明影响放冷效果的重要因素为风速和环境温度,导热系数对放冷效果的影响非常小。     

Numerical modeling of an optimal heat accumulator with phase change

The paper provides a procedure for and the results of the mathematical modeling of an optimum heat accumulator with phase change which operates with periodic recharging from a solar energy concentrator. Calculations have been carried out for two types of heat transfer media with laminar and turbulent flow conditions of the media.Translated from Inzhenerno-fizicheskii Zhurnal, Vol. 61, No. 5, pp. 749–755, November, 1991.     

相变储热技术在太阳能热泵中的应用

在阐述相变储热的应用研究状况和分析其应用于太阳能热泵的必要性的基础上，重点介绍常用于太阳能热泵的常低温相变材料特点及相变储热装置，给出带储热器的太阳能热泵的运行模式，最后指出相变储热技术在太阳能热泵的应用领域应重点研究的内容。     

Novel and durable composite phase change thermal energy storage materials with controllable melting temperature

The development of high temperature phase change materials(PCMs)with great comprehensive per-formance is significant in the future thermal energy storage system.In this study,novel and durable Al-Si/Al2O3-AlN composite PCMs with controllable melting temperature were successfully synthesized by using pristine Al powder as raw material and tetraethyl orthosilicate as SiO2 source.The Al2O3 shell and Al-Si alloy were in-situ produced via the substitution reaction between molten Al and SiO2.Impor-tantly,the crack caused by the incomplete encapsulation of the Al2O3 shell could repair itself by the nitridation reaction of internal molten Al and thereby forming a highly dense Al2O3-AlN composite shell.The produced dense Al2O3-AlN composite shell could significantly improve the thermal cycling stability of composite PCMs,and thus,the thermal storage density decrease of the Al-Si/Al2O3-AlN(59.8 J/g to 77.7 J/g)was far less than that of the Al-Si/Al2O3(118.5 J/g)after 3000 thermal cycles.Moreover,the syn-thesized Al-Si/Al2O3-AlN still exhibited a controllable melting temperature(571.5-637.9℃),relatively high thermal storage density(105.6-150.7 J/g),great dimensional stability and structural stability after 3000 thermal cycles.Hence,the synthesized Al-Si/Al2O3-AlN composite PCMs,as promising preferential thermal energy storage materials,can be stably used in the energy utilization efficiency improvement of various systems for more than 6 years.     

石蜡对无机复合相变储热体系的改性研究

水合盐相变储热材料普遍存在的过冷和相分离现象是影响其热稳定性和热性能的关键问题。以中低温水合盐相变储热材料MgCl₂·6H₂O（MCH）和MgSO₄·7H₂O（MSH）为研究对象,以活性炭（ACC）为添加剂,采用熔融共混法制备了MCH-MSH-ACC混合体系,并以石蜡（PA）为调节剂,制备了MCH-MSH-ACC/PA复合材料相变体系。研究了PA对复合相变体系的相变焓、相变温度、过冷度及相分离的影响。结果表明：微量PA的添加有助于提升MSH-MCH-ACC/PA体系的相变储热性能,和其他PA含量体系相比较,PA含量为0.5wt%的体系在储热阶段所需时间最短,而放热阶段持续时间最长,其初始相变焓值可达到321.75 kJ/kg,循环试验后相变焓稳定在310.25 kJ/kg。所制备的新型共混MSH-MCH-3wt%ACC/0.5wt%PA复合相变体系具有良好的储热性能和循环稳定性能。     

Numerical simulation of heat transfer in multilayer structures with generalized nonideal contact

A procedure is proposed for calculation of a class of problems on heat transfer in multilayer structures with generalized nonideal contact. The procedure is illustrated by calculating the heat transfer in a stack of plates with liquids moving in gaps between the plates. Institute of Technical Mechanics, National Academy of Sciences of Ukraine, Dnepropetrovsk. Translated from Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 69, No. 5, pp. 773–778, September–October, 1996.     

水平细管管内凝结换热系数的数值模拟

对3种管径（2mm,4mm和6mm）的水平细圆管管内流动凝结换热特性进行研究。采用通用CFD软件Fluent6．3中的Mixture模型,结合UDF编程对物理模型进行数值求解。数值计算结果表明,小尺寸条件下管内凝结换热的规律不同于常规尺寸管道。随着管径的逐渐减小,重力对凝结的影响逐渐减小,气液面切应力、液体表面张力的作用加强。细管凝结过程的局部换热系数远远大于Nusselt的理论解。