高温相变蓄热的研究进展

从如下两个方面总结了高温相变蓄热的研究现状：①在高温相变材料(PCM)方面，重点介绍了高温相变材料的一些重要性能及其测量，高温相变材料的封装，高温复合相变材料及高温相变材料的应用；②在传热分析方面，主要介绍了相变过程的数值模拟和相变蓄热系统(LTES)的热力学优化。     

陶土基高温相变蓄热复合材料的制备

高级陶瓷基高温相变蓄热复合材料具有蓄热密度较高、基体耐腐蚀强等优点,但也存在制作成本高的缺点。本研究采用粉末烧结工艺将陶土分别同性能优良的高温熔融盐复合,成功地制备出蓄热密度高、耐腐蚀性好且成本低廉的相变蓄热复合材料。并对相变蓄热复合材料制备过程的工艺参数进行初步研究。     

相变蓄热材料微胶囊制备工艺的正交试验分析

以常低温相变蓄热材料作为芯材,脲醛树脂作为壳材,通过原位聚合法合成了常低温相变蓄热材料微胶囊。采用正交试验优化,确定了微胶囊的最佳制备工艺。利用SEM分析了乳化剂的种类对微胶囊微观形貌的影响,并结合FTTR和DSC等测试仪器考察了通过最佳制备工艺得到的微胶囊化学结构及热性能。实验结果表明:在乳化转速为3000r/min下使用由吐温60和司盘60组成的混合型乳化剂,用量为芯材质量5%,所制备的微胶囊具有良好的热稳定性、球体表面光滑、粒径均一。在吸热过程中,相变温度为30.10℃,相变潜热为63.85J/g。     

石墨泡沫/共晶盐复合相变材料制备

选择KNO3/NaNO3二元体系按照质量比4∶6制备共晶盐,对共晶盐进行了熔点及熔化潜热的测量;将石墨泡沫这一新型材料作为强化基体,共晶盐作为相变材料（PCM）,采用熔融浸渗法制备了适用于太阳能热发电系统储能装置的石墨泡沫/共晶盐复合相变材料。采用扫描电镜对复合相变材料表面的微观结构进行了表征,并对其熔点、潜热、等效导热系数等热物性参数进行了测试。结果表明：共晶盐与石墨泡沫复合效果比较理想;复合前后共晶盐的熔点和潜热几乎没有发生变化;复合相变材料的等效导热系数得到了显著提升,石墨泡沫对相变材料起到了导热强化作用,满足高温蓄热的要求。     

新型无水箱相变蓄热式太阳能集热器及热性能研究

设计了一种新型无水箱相变蓄热式太阳能集热器,其主要由太阳能真空集热管、相变储热球、电加热棒和换热管道组成。实验以复合三水醋酸钠为相变材料,进行无水箱相变蓄热式太阳能集热器的热性能研究,结果表明:在总容积为34 L的集热管组中添加20%的相变储热球后,管内单位容积蓄热量增加,总蓄热量达8.2 MJ;放热过程高温段延长,放热量增加1.98 MJ,有效放热率为0.81;经夜间保温测试,集热管组温降率为1.4℃/h。     

太阳能相变蓄热水箱性能实验研究

利用相变材料蓄热是提高太阳能系统效率的重要途径之一。为对比分析含相变材料蓄热水箱的性能,选用三水合乙酸钠,搭建了一套蓄热水箱实验系统,在初始水温为80℃、进水温度为20℃的工况下,对比分析不同进口流量下(2、6和10 L/min)相变蓄热水箱的热特性。实验结果表明:相变蓄热水箱的蓄热量较普通水箱增加了1.4%;随着流量的增加,水箱的混合数先减小后增大,火用效率逐渐降低,相变蓄热水箱的填充效率先增大后减小,且在6 L/min时达到最大值0.905。     

太阳热泵蓄热系统蓄热过程的数值模拟

对以CaCl2.6H2O为相变材料的太阳热泵蓄热系统,采用焓法建立了以相变材料封装容器为控制体单元的相变传热模型,计算了蓄热水箱进出口温度,相变材料温度及水箱蓄、放热量等参数。通过对实验结果与模拟结果的比较分析可知,两者数据接近,变化趋势吻合,该模拟方法能较好地反映系统运行情况。     

MgO陶瓷基复合相变蓄热材料的制备和性能研究

利用熔融盐相变材料的高潜热和MgO陶瓷基体材料的耐高温和耐腐蚀等特性制备复合相变蓄热材料,同时为了提高蓄热材料的致密度,选用Bi2O3为粘结剂。采用阿基米德法得到相变蓄热材料的致密度,从而确定较理想的成型压力(表压)和成型时间分别为6 MPa和15 min,且通过XRD,TG-DTA,SEM和EDS检测分析,对MgO陶瓷基复合相变蓄热材料的性能进行初步研究。     

一种新型复合相变蓄热材料的制备与表征

相变蓄热材料是太阳能高效利用的基础与关键。文章选用54%KNO_3-46%NaNO_3作为太阳能高温热电站的蓄热材料,并选用膨胀石墨作为添加剂,分别制备了膨胀石墨(EG)质量分数为1%和2%的新型太阳能复合相变蓄热材料KNO_3-NaNO_3/EG。然后利用同步热分析仪(SDT-Q600)测量上述蓄热材料的相变温度、潜热,利用扫描电子显微镜(SEM)观测上述蓄热材料的微观结构。分析结果表明:太阳能复合相变蓄热材料KNO_3-NaNO_3/EG的相变温度为224.28℃,相变潜热为105.8 J/g;添加膨胀石墨能够明显地增强蓄热材料的导热性能,石墨对蓄热材料的熔点影响较小。     

Compatibility between cordierite-mullite ceramics and PCMs

以煅烧铝矾土、滑石及石英为原料,采用挤出成型,制备堇青石-莫来石复相蜂窝陶瓷,用这种显热储热陶瓷（简称基体）封装PCM制备潜热/显热复合储热材料。设计F系列封装剂配方组成,选择PCM为AlSi₂₀、Na₂SO₄,制得PCM/蜂窝陶瓷复合储热材料,热震循环（200～900 ℃）30次,每次循环在900 ℃保温12 h。利用XRD、SEM、TG-DSC等分析相组成、微观结构、封装剂与基体结合性、基体与PCM相容性、复合储热材料的相变温度及相变焓。结果表明,经1440 ℃烧成的蜂窝陶瓷,Wa、Pa、D及a轴抗压强度分别为2.38%、6.32%、2.65 g/cm3,25.77 MPa;XRD显示相组成为堇青石、莫来石及少量镁铝尖晶石;30次热震后,Wa、Pa略有升高,D及σa略有降低。封装剂剪切强度测定结果表明,封装剂F2与基体结合强度最大,达2.53 MPa,SEM显示F2与基体结合良好。热震30次后,基体断面SEM图表明,PCM无渗漏。TG-DSC结果表明,经30次热循环后,AlSi20/蜂窝陶瓷复合储热材料的相变范围为571.7～583.5 ℃,峰值为578.3 ℃,峰值温度偏移不超过0.7%。复合储热材料具有优良的储热性能。     

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。     

太阳能生活热水系统相变储能研究进展

该文阐述了太阳能生活热水（SDHW）系统用相变材料的选择与封装情况,综述了相变材料在SDHW系统水箱、太阳能集热器和SDHW系统循环中的储能及其改进与强化换热研究进展情况,并对今后SDHW系统相变材料应用发展方向提出建议和展望。研究表明,石蜡与三水醋酸钠应用于SDHW系统水箱和集热器的研究较为广泛,其封装形式主要是的塑料、铝、不锈钢的宏封装,形状为管、柱体、球等,且相变材料加入到传统的SDHW系统中均能提高太阳能生活热水器的储热性能,其储热性能还有较大的提升与改进空间。     

Preparation and characterization of building mortar with lauric acid-stearic acid/expanded vermiculite composite phase change material

以改性膨胀蛭石为吸附材料,以月桂酸和硬脂酸为相变材料,通过熔融共混法与真空吸附法制备定型复合相变材料,然后将其掺入砂浆中制备得到蓄热砂浆。结果表明：复合相变材料经过1000次循环后相变焓为167.6 kJ/kg,变化率仅为3.6%,热稳定性良好,无渗漏现象,掺入30%体积含量复合相变材料的砂浆28 d强度为9.2 MPa。掺有该定型相变材料的蓄热砂浆具有优异的热力学性能,完全可以应用于建筑物围护结构来调节室内温度。     

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。     

污泥掺混木屑水解残渣为载体的复合相变材料循环热性能研究

以污泥水热解残渣资源化为目标,采用真空吸附法将污泥/木屑水热解的残渣吸附三水乙酸钠制备了复合相变储热材料。对水热解残渣进行了BET和粒径分析的表征,通过同步热分析仪、XRD及水浴中熔化-凝固多循环对复合储热材料的储热能力、相变温度、热循环稳定性等性能参数进行分析。实验结果表明,制备的复合相变储热材料无需添加增稠剂或悬浮剂等助剂,借助污泥残渣本身特有的均匀粒径和细微粒度特性以及木屑挥发分析出对残渣的造孔重整,作为载体可有效改善常规水合物储热材料的相变过冷度和相分离问题。封装尺度对储热材料的相变潜热和稳定性影响较小,100次循环后的潜热实际值与理论计算值(219.8 kJ/kg)相差仅为-0.5%～0.4%,化学组分也未有变化,可见该复合储热材料既具有优良的热稳定性也具有可靠的化学稳定性。     

纳米Fe2O3/硬脂酸/十八醇纳米复合相变蓄热材料的性能研究

针对有机相变材料热导率低的问题,将高热导率的纳米Fe₂O₃添加到硬脂酸/十八醇二元有机复合蓄热相变材料中,制备纳米复合蓄热相变材料。从分散剂的种类、分散剂与纳米材料的添加量以及超声时间4个方面研究其对纳米复合相变蓄热材料的稳定性及热物性的影响。结果表明,阴离子表面活性剂的分散效果优于阳离子和非离子表面活性剂。复合相变材料中添加质量分数为0.8%,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和质量分数为0.4%Fe₂O₃的体系,超声时间为80 min时,纳米Fe₂O₃在相变材料中的分散效果最好。添加纳米Fe₂O₃后复合蓄热相变材料的相变潜热及相变温度有所下降,热导率提高34.9%。300次热循环复合相变材料的相变温度波动区间不超过0.41℃,相变潜热波动区间不超过4.0%,热稳定性良好。     

正交各向异性相变材料的无网格法传热模型及应用

利用无网格迦辽金(EFG)法建立正交各向异性相变材料的传热计算模型,基于该模型编程完成各向异性材料太阳能相变蓄热水箱和管壳式相变蓄热单元的相变传热分析,并探讨热导率因子和材料方向角对复合材料相变传热特性的影响.研究表明:在相同节点布置下EFG法的温度场和相界面计算精度均高于有限元法,EFG法在动态相界面追踪方面具有明显...     

High Density Polyethylene/Paraffin Composites as Form-stable Phase Change Material for Thermal Energy Storage

Abstract

This article focuses on the preparation and thermo-physical properties of paraffin/high density polyethylene (HDPE) composites as form-stable solid-liquid phase change material (PCM) for thermal energy storage. In the paraffin/HDPE blend, the paraffin (P) dispersed into the HDPE serves as a latent heat storage material when the HDPE, as a supporting material, prevents the melted paraffin leakage thanks to its structural strength. Therefore, this type composite is form-stable and can be used as a PCM without encapsulation for thermal energy storage. In this study, two paraffins with melting temperatures of 48°C–50°C and 63°C–65°C were used. The mass percentages of paraffins in the composites could go high as 76% without any seepage of the paraffin in melted state. The dispersion of the paraffin into the network of the solid HDPE was investigated using scanning electronic microscope (SEM). The melting temperatures and latent heats of the form-stable P1/HDPE and P2/HDPE composite PCMs were determined as 44.32°C and 61.66°C, and 179.63 and 198.14 Jg^?1, by the technique of differential scanning calorimetry (DSC), respectively. Furthermore, the thermal conductivity of the composite PCMs were improved as about 33.3% for the P1/HDPE and 52.3% for the P2/HDPE by introducing the expanded and exfoliated graphite to the samples in the ratio of 3 wt%. The results reveal that the prepared form-stable composite PCMs have great potential for thermal energy storage applications in terms of their satisfactory thermal properties, improved thermal conductivity and cost-efficiency because of no encapsulation for enhancing heat transfer in paraffin.     

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.     

Heat transfer of phase change materials (PCMs) in porous materials

In this paper, the feasibility of using metal foams to enhance the heat transfer capability of phase change materials (PCMs) in low- and high-temperature thermal energy storage systems was assessed. Heat transfer in solid/liquid phase change of porous materials (metal foams and expanded graphite) at low and high temperatures was investigated. Organic commercial paraffin wax and inorganic calcium chloride hydrate were employed as the low-temperature materials, whereas sodium nitrate was used as the high-temperature material in the experiment. Heat transfer characteristics of these PCMs embedded with open-cell metal foams were studied. Composites of paraffin and expanded graphite with a graphite mass ratio of 3%, 6%, and 9% were developed. The heat transfer performances of these composites were tested and compared with metal foams. The results indicate that metal foams have better heat transfer performance due to their continuous inter-connected structures than expanded graphite. However, porous materials can suppress the effects of natural convection in liquid zone, particularly for PCMs with low viscosities, thereby leading to different heat transfer performances at different regimes (solid, solid/liquid, and liquid regions). This implies that porous materials do not always enhance heat transfer in every regime.