相变墙房间复合墙板性能优化研究

目的由于相变墙板特殊的传热性能及不同的外界条件，有必要对相变墙板性能进行优化，使得相变墙板在设计和使用性能上得到改善，方法通过计算基材和相变材料混合制得的相变墙板的当量导热系数、分析相变材料在相变墙板中相对密度与吸放热关系、利用拉式变换法给出板壁围护结构的传递矩阵．对相变墙房间的复合墙板性能进行优化研究．结果得到以石膏板为基材制得相变墙板的当量导热系数要大于以麦壳石膏板为基材的相变墙板的当量导热系数．从热流的角度分析，墙板厚度增加一倍在单位时间内单位面积通过墙板的传热量就会减少50％．结论选用导热系数大的基材有利于墙体中相变材料的蓄热和放热，及相变墙板的选择应尽量采用薄的、相变材料(PCM)相对密度大的墙板．同时为了获得对外扰较大的衰减和延迟应将相变墙板放在房间内表面．     

相变材料的融化凝固对建筑墙体壁面温度的影响分析

采用enthalpy-porosity法建立建筑墙体内置相变板层融化与凝固的传热模型,室内外空气温度采用正弦周期温度波边界条件,计算了相变板层内融化与凝固引起室内壁面温度的响应.结果表明,在相同的环境条件下,合适的相变温度能使相变材料(Phase Change Material,PCM)完全融化/凝固,室内壁面温度波动变化最小;相变材料的相变温度过高或过低,会导致部分PCM融化/凝固,过高或过低的相变温度将导致室内壁面温度波动增大;相变过程温度范围越窄,相变材料融化与凝固的份额越高,引起壁面温度波动也越小;较大的相变潜热量可以使相变材料储存较多的热量,但相变潜热量超过一定量时,再增大潜热量对室内壁温影响较小.较大的导热系数有利于强化传热,但也导致热阻减小,不利于保温,导热系数的综合效果对室内壁温影响较小.     

夜间通风相变复合墙体动态传热模拟

为研究由相交混凝土复合墙体构造的房间在夜间通风下的热环境,利用焓法建立结合夜间通风的相变混凝土复合墙体动态传热和房间传热数学物理模型,模拟研究北京地区夏季和过渡季应用该相变复合墙体动态传热和室内热环境的时变特性.对该相变复合墙体传热的影响因素,如相变温度、相变层厚度、通风次数、通风时间以及相变层和绝热层的位置等进行优化...     

相变木塑围护结构热工性能实验与数值模拟

为对相变木塑围护结构的热工性能进行研究,以相变木塑复合构件为基础制成缩尺实验箱,对箱内温度实时监测,采用辐射蓄热、对流放热的方式对相变木塑复合构件的热工性能进行了测试,得出:相变木塑墙体比普通木塑墙体有更理想的室温调节能力,光照的不足对墙体蓄、放热能力影响很大,相变木塑墙体在阴天光照条件下相比于晴天温控能力大大降低.为对相变木塑围护结构的热工性能进行改善,建立相变传热物理模型及数学模型,利用MATLAB软件进行室内温度、相变内墙与室内空气对流换热量、相变内墙表面温度的数值模拟,得出:提高材料导热系数及增大墙体对流换热强度均能改善相变木塑墙体的热工特性,随着导热系数的增加,夜间室内平均温度由15.2℃升至15.7℃,同时对流换热量和内墙温度增加,但增加幅度十分有限,随着对流换热强度的增加,夜间室内平均温度由15.2℃升至16.3℃,同时夜间相变墙体表面对流换热量显著增加,增加幅度明显,所以提高对流换热强度更具热工性能的改善潜力.     

铝泡沫和石墨泡沫强化石蜡相变传热的数值模拟

针对有机相变材料石蜡导热系数低的问题,通过添加多孔介质的方法以强化石蜡相变传热,并运用CFD软件对石蜡相变传热系统进行二维数值模拟.模拟结果表明:铝泡沫和石墨泡沫都能有效提高相变材料传热速率,铝泡沫的强化传热效果明显高于石墨泡沫的传热效果.随着孔隙率减小,多孔介质/石蜡复合材料的有效导热系数增大,传热速率加快,凝固需要的时间缩短.并且,孔隙率越小,经过相同凝固时间,装置内对应点温度越低.     

两种不同边界处理方式的墙体传热模型比较

用数值方法比较了固定室温墙体传热模型与非固定室温墙体传热模型的区剐．对两模型墙体周期性传热过程进行数值模拟,主要讨论了墙体导热系数ks和墙体热容Cs的影响．结果表明室温固定模型是室温非固定模型计算区域L趋向于无穷大时的一种特殊情况．不同墙体参数对应的室温非固定模型的墙体延迟时间相对较长,墙内壁温度较高．     

基于LBM的多孔骨架热物性对固液相变的影响研究

对不同物性骨架对固液相变过程的影响研究可为中低温相变储能技术的应用和发展奠定理论基础。文章基于格子玻尔兹曼方法(LBM),采用两区域焓—多孔介质模型研究了方腔内无填充多孔介质骨架固液相变过程,从孔隙尺度分析了相变过程的流动和传热机理,探讨了方腔内填充不同导热系数的骨架对于相变过程的影响。结果表明:在无填充多孔介质骨架方腔内固液相变过程中传热方式由热传导逐渐向自然对流换热转变,形成向右倾斜的糊状区;它的存在导致相变材料不能完全融化,且在方腔的左侧壁面处存在上窄下宽的固相相变材料;在填充多孔介质骨架方腔内,融化的初始阶段,高导热系数多孔骨架的相变材料融化速率较大,对相变换热起到了明显的促进作用,而当相变过程发展至准稳态阶段,受到右壁面处的低温影响和糊状区的综合作用,相变过程受到明显的抑制,且骨架的导热系数越大,其融化率越低。     

双层定型相变墙体在合肥地区传热特性的数值模拟

为探究双层相变墙体所使用的相变材料在不同季节下的相变表现,以合肥地区夏、冬两季室外温度数据为背景,基于Fluent焓－孔隙率法,对普通墙体和双层相变墙体的传热过程进行仿真计算。结果表明,在夏季工况下,外相变板的相变温度为 36 ℃的相变墙体综合表现更好,墙体内表面热流密度与普通墙体相比降低了 20.53%,平均延迟时间约为普通墙体的1.8倍。在冬季工况下,内相变板的相变温度为14 ℃的相变墙体内表面温度波幅较平缓,墙体内表面热流密度与普通墙体相比降低了16.25%,它的衰减倍数约为普通墙体的1.2倍。在合肥地区,使用相变温度为36 ℃的外相变层和相变温度为14 ℃的内相变层的墙体在制冷、采暖期单位面积可降低热/冷负荷分别为1.86 W、3.75 W,该种墙体具有很好的节能效果和经济效益。     

复合相变储能墙体热特性实验及参数辨识方法

通过进行复合相变储能墙体换热系数的测量与辨识,能够正确确定相变储能墙体的内表面换热系数,准确地进行负荷计算和建筑能耗分析,为建筑环境的热舒适性设计和系统选择提供可靠的依据.本研究利用数据采集系统采集了相变储能墙体表面热流和墙体表面与室内空气之间的温差这两个重要参数,利用遗传算法和最小二乘法分别对采样数据进行辨识,最终得到了各自的表面换热系数估算值.比较热流实测值和遗传算法的预测值可知,预测数据与实验数据非常吻合,说明遗传算法是一种通过墙体表面的动态实验数据,获得相变储能墙体表面换热系数的有效方法.     

玻璃幕墙热工性能的评价

在现代化的公共建筑中,越来越多地采用玻璃幕墙,而这类建筑室内热环境受太阳辐射热的影响比一般建筑更为显著.笔者通过对玻璃幕墙传热平衡方程的分析,并计算了各种不同类型的玻璃幕墙综合传热系数Kz,为玻璃幕墙热工设计提供了参考依据.     

膨胀石墨/石蜡定形相变蓄热太阳能集热器传热行为模拟分析

太阳能光热利用是解决能源危机及环境问题的有效途径之一.基于高导热定形相变材料的太阳能集热器可以实现集热、热量输运及储能于一体,有效实现高效太阳能光热利用.以石蜡(PA)为相变储能材料,膨胀石墨(EG)作为支撑材料及导热和光吸收添加剂,制备了兼具高效光热转换、快速热量输运和高密度能量储存的EG/PA定形相变材料用于蓄热太...     

Characterization and thermal conductivity of modified graphite/fatty acid eutectic/PMMA form-stable phase change material

We prepared and characterized a form-stable composite phase change material (PCM) with higher thermal conductivity. Capric acid(CA)-myristic acid(MA) eutectic as core, poly-methyl methacrylate (PMMA) as supportive matrix and modified graphite (MG) powders serving as the thermal conductance improver were blended by bulk-polymerization method. The composite PCMs with different MG mass fraction (2%, 5%, 7%, 10% and 15%) were characterized by FT-IR, SEM, DSC technique and mechanical tests. Thermal conductivities of the composites were measured by transient hot-wire method. The results indicate that MG powders have been successfully inserted into the CA-MA/PMMA matrix without any chemical reaction with each other. The MG/CA-MA/PMMA composites maintain good thermal storage performance while the thermal conductivity has been enhanced significantly. The composite PCM added with 15 wt% MG powders increases approximately as 195.9% in thermal conductivity. Moreover, the thermal conductivity improvement of the composite PCMs is also verified by the melting-freezing experiment, which is profitable for the heat transfer efficiency in latent heat thermal energy storage system.     

纳米填料对储能式散热器性能影响的数值研究

针对储能式电子器件散热器性能受相变材料较低导热能力限制的问题,采用添加高导热纳米填料的方法提高相变材料的表观导热系数,并对储能式散热器的性能提升潜力进行分析. 在短时大功率加热(热流密度为10 W/cm2)的条件下,对以二十烷为相变材料的储能式散热器在添加碳纳米管填料之后的工作过程(熔化和凝固传热)进行了三维数值模拟. 结果显示,由于相变材料表观导热系数的提高,散热器的性能随碳纳米管添加量的增加而提升,其提升程度与添加量呈近似线性相关| 当加入体积分数为10%的碳纳米管时,散热表面的最大温升相对于无碳纳米管的情形降低了8 ℃,散热器的等效总热阻则降低了14%,说明该方法是提高储能式散热器性能的有效途径．     

A new kind of shape-stabilized phase change materials

Based on the lowest melting point and Schroeder’s theoretical calculation formula,nano- modified organic composite phase change materials(PCMs)were prepared.The phase transition temperature and the latent heat of the materials were 24℃and 172 J/g,respectively.A new shape-stabilized phase change materials were prepared,using high density polyethylene as supporting material.The PCM kept the shape when temperature was higher than melting point.Thus,it can directly contact with heat transfer media.The structure,morphology and thermal behavior of PCM were analyzed by FTIR,SEM and DSC.     

Role of Composite Phase Change Material on the Thermal Performance of a Latent Heat Storage System: Experimental Investigation

复合相变材料对潜热储能系统中热性能作用的实验研究

Jasim Abdulateef¹, Ahmed F. Hasan^2*,Mustafa S. Mahdi²

（1. 迪亚拉大学 机械工程系,巴古拜 32001,伊拉克;2.迪亚拉大学 化学工程系,巴古拜 32001,伊拉克）

摘要：

石蜡是可用于潜热储能系统单元（LHSU）的理想的相变材料（PCM）。这种潜热储能单元的使用因相变材料导热性差而受到限制。本文采用铝和相变材料制成的金属泡沫生产复合相变材料,以此作为相变材料-潜热储能单元中的导热材料,并使用水作为传热流体（HTF）。通过实验,评估了使用纯相变材料和复合相变材料的潜热储能单元的传热特性。研究包括熔化和凝固过程中相变材料的时变可视化。此外,热存储室内放置一个热电偶网络,记录每个过程的温度分布。结果表明,复合相变材料-潜热储能单元在熔化和凝固过程中均表现出较好的性能。由于金属泡沫的作用,复合相变材料-潜热储能单元的熔化时间比简单的相变材料-潜热储能单元快83%左右,凝固时间减少85%左右。

关键词：相变材料;金属泡沫;潜热;复合相变材料

     

中温相变蓄热装置的蓄放热性能研究

以相变温度为80℃的相变蓄热装置为研究对象,根据建立的相变传热分析模型,应用数值模拟的方法,研究了蓄热体——相变材料的热物性参数、几何尺寸、填充率,以及热媒体——热水的流速等因素对蓄热装置蓄、放热规律及其特性的影响．研究结果表明,当板状定形相变材料的导热系数在0．4W/(m·K)左右、板厚为8 mm、相变材料的填充率在65%～75%、热媒体流速为5～8mm/s时,蓄热装置可获得较高的蓄、放热效率．     

有机相变储热复合材料的储/放热性能研究

以高孔隙率泡沫石墨材料作为骨架在真空环境下吸附石蜡,制备而成新型有机相变储热复合材料。利用HotDisk热常数分析仪和差示扫描量热仪(DSC)研究了其热性能,结果证明复合材料的导热能力得到了极大强化。对分别填充了复合材料和纯石蜡的以水作为热媒的储热槽进行了实验研究,重点考察了两者在储热和放热过程中的温度均匀性、储能速率及泡沫石墨对石蜡相变的影响,同时就泡沫石墨的孔隙率大小对复合材料导热性能和储能速率的影响规律进行了对比分析。研究表明,复合材料的相变温度区间基本不变,导热性能提高了21倍,相变时间缩短了56%以上,相变界面移动加快,储热槽的储热、放热性能和储能密度有了很大提高;不同孔隙率会影响复合材料的导热系数、储能速率和储能容量,在提高储能速率和保证储能容量两者之间,选择孔隙率为91%的泡沫石墨作为复合材料骨架应是一最佳值。     

CaCl2·6H2O/EG复合相变材料的制备与性能研究

为了改善六水氯化钙的蓄放热性能,以六水氯化钙为相变材料（PCM）、膨胀石墨（EG）为载体、六水氯化锶为成核剂,采用物理吸附法制备六水氯化钙/膨胀石墨复合相变材料,研究复合相变材料的热物理特性. 采用步冷曲线法,研究复合相变材料的过冷度、蓄/放热性能和热循环稳定性;采用扫描电镜、差示扫描量热法、热流计导热仪,对复合相变材料的显微形貌、相变潜热、相变温度、比热容和导热系数进行测定. 结果表明：在六水氯化钙中添加质量分数为10%的膨胀石墨和质量分数为2%的六水氯化锶,复合相变材料的相变潜热为151.6 J/g,导热系数提升至3.328 W/(m·K),过冷度保持在2 °C以内. 相变材料的导热系数及过冷度得到显著改善.     

Preparation and characterization of CA-MA eutectic/silicon dioxide nanoscale composite phase change material from water glass via sol-gel method

This work mainly involved the preparation of a nano-scale form-stable phase change material(PCM) consisting of capric and myristic acid(CA-MA) binary eutectic acting as thermal absorbing material and nano silicon dioxide(nano-SiO_2) serving as the supporting material. Industrial water glass for preparation of the nano silicon dioxide matrix and CA-MA eutectic mixture were compounded by single-step sol-gel method with the silane coupling agent. The morphology, chemical characterization and form stability property of the composite PCM were investigated by transmission electron microscopy(TEM), scanning electron microscopy(SEM), Fourier-transform infrared(FT-IR) spectroscopy and polarizing microscopy(POM). It was indicated that the average diameter of the composite PCM particle ranged from 30-100 nm. The CA-MA eutectic was immobilized in the network pores constructed by the Si-O bonds so that the composite PCM was allowed no liquid leakage above the melting temperature of the CA-MA eutectic. Differential scanning calorimetry(DSC) and thermogravimetric analysis(TGA) measurement were conducted to investigate the thermal properties and stability of the composite PCM. From the measurement results, the mass fraction of the CA-MA eutectic in the composite PCM was about 40%. The phase change temperature and latent heat of the composite were determined to be 21.15 ℃ and 55.67 J/g, respectively. Meanwhile, thermal conductivity of the composite was measured to be 0.208 W·m~(-1)·K~(-1) by using the transient hot-wire method. The composite PCM was able to maintain the surrounding temperature close to its phase change temperature and behaved well in thermalregulated performance which was verified by the heat storage-release experiment. This kind of form-stable PCM was supposed to complete thermal insulation even temperature regulation by the dual effect of relatively low thermal conductivity and phase change thermal storage-release properties. So it can be formulated that the nanoscale CA-MA/SiO_2 composite PCM with the form-stable property, good thermal storage capacity and relatively low thermal conductivity can be applied for energy conservation as a kind of thermal functional material.