开孔泡沫铝内石蜡融化相变过程的可视化实验研究

采用光学显微与红外热成像技术对开孔泡沫铝内石蜡的融化相变过程进行了可视化实验,更加直观地考察泡沫铝强化石蜡传热性能,并重点分析泡沫金属微观孔隙结构下石蜡融化界面演化、融化液相流体流动及温度分布特征。研究结果表明：相变材料中填充泡沫金属可有效降低导热热阻、强化相变传热;与纯石蜡系统相比,石蜡/泡沫铝复合材料系统温度分布更加均匀,具有更好的热响应性能。与纯石蜡系统存在明显的融化前沿界面相比,石蜡/泡沫铝复合系统中融化区与非融化区交错分布,融化界面相对模糊。此外,实验还观测到泡沫铝内石蜡融化液相中存在大量片絮状悬浮物现象。     

开孔泡沫铝内石蜡融化相变过程的可视化实验研究

采用光学显微与红外热成像技术对开孔泡沫铝内石蜡的融化相变过程进行了可视化实验,更加直观地考察泡沫铝强化石蜡传热性能,并重点分析泡沫金属微观孔隙结构下石蜡融化界面演化、融化液相流体流动及温度分布特征。研究结果表明:相变材料中填充泡沫金属可有效降低导热热阻、强化相变传热;与纯石蜡系统相比,石蜡/泡沫铝复合材料系统温度分布更加均匀,具有更好的热响应性能。与纯石蜡系统存在明显的融化前沿界面相比,石蜡/泡沫铝复合系统中融化区与非融化区交错分布,融化界面相对模糊。此外,实验还观测到泡沫铝内石蜡融化液相中存在大量片絮状悬浮物现象。     

泡沫金属复合PCM微结构传热储热过程模拟

以石蜡作为相变材料（PCM）,采用六面通圆孔三维结构模型,对泡沫金属复合PCM内相变熔化过程进行了数值模拟。研究了不同材料（Cu、Al、Ni、Fe）泡沫金属孔密度和孔隙率对复合PCM传热和储热性能的影响。结果表明,泡沫金属复合PCM传热过程受热传导和自然对流作用综合影响;随孔密度增加,复合PCM完全熔化时间缩短幅度逐渐减小,且泡沫金属热导率越高,孔密度对传热速率影响越大;泡沫金属复合PCM内存在非热平衡现象,孔密度和孔隙率增加均可减小最大平均温差,但对最终平衡时间的影响却截然不同;此外,泡沫金属复合PCM单位质量储热密度随孔隙率增大而增大,相比泡沫Cu、Ni、Fe复合PCM,泡沫Al复合PCM的单位质量储热密度较大,增加速率也较大。     

泡沫金属复合相变材料的制备与性能分析

利用泡沫金属多孔结构的吸附性能,以八水氢氧化钡为相变材料,泡沫铜为基体,制备了结晶水合盐/泡沫金属复合相变材料。采用差示扫描量热法测定了八水氢氧化钡的热循环性能,随着热循环次数的增加,相变材料的相变温度基本不变,相变潜热略有减少,八水氢氧化钡具有较好的热稳定性。搭建了相变储能实验台,实验分析了3组不同实验方案,结果表明,填充泡沫铜不仅增强了相变材料的传热速率,而且有效地降低了八水氢氧化钡的过冷度。当泡沫金属使用较大孔密度后,结晶水合盐的过冷问题得到了比较明显的改善。     

泡沫金属强化石蜡相变蓄热过程可视化实验

相变材料的低热导率是限制潜热蓄热广泛应用的重要原因。将相变材料石蜡真空条件下注入到泡沫金属铜内制备泡沫金属铜-石蜡复合相变材料,通过铜的高热导率及高孔隙材料的大面体比来强化相变换热过程。采用DSC示差扫描量热法对石蜡进行热物性测量获得准确的石蜡相变温度及相变潜热。以管壳式相变蓄热结构为对象,提取对称结构进行可视化设计,对比纯石蜡及泡沫金属铜-石蜡复合材料在相同运行条件下的相变过程,追踪二者熔化过程的相界面位置随时间的演化过程并布置热电偶准确测量材料内部的温度分布。结果显示加入泡沫金属后的复合材料的内部温差明显减小,温度分布均匀,蓄热热通量显著增大,有效缩短相变时间并缓解了自然对流造成的顶部过热和底部不熔化现象。     

增强相变材料传热性能的研究进展

综述了相变材料(PCM)通过金属(铜、镍、铝)、碳基(碳、石墨和膨胀石墨)及纳米颗粒多孔材料/泡沫来增强传热性能的研究概况。总结了孔隙度和孔隙密度对传热、导热系数、比热、潜热和充放电时间的影响。通过多孔材料/泡沫材料改性PCM可以有效地使传热/导热系数提高3～500倍。最后,对相变材料传热技术的发展做出展望。     

孔隙分布对多孔介质内流动和传热的影响

采用Sierpinski地毯分形技术建立多孔介质内流动和传热模型,通过改变固体基质位置研究了孔隙分布结构对多孔介质内流动特性和热效率的影响,3种孔隙分布为每分形一次固体基质分布在中心位置(A)、分布在中上方(B)和分布在右上方(C),当流体稳定流过多孔介质时,不同的孔隙分布表现出不同流动和传热特性. 结果表明,孔隙分布是影响多孔介质传输特性和传热效率的重要因素,无量纲渗透率k*C>k*B>k*A,多孔介质孔隙率大于0.8时更明显;流体流过不同孔隙分布的多孔介质时,相同孔隙率时与流体接触的固体基质面积A>B>C,传热效果A最佳、C最差. 孔隙分布影响了无量纲局部熵产率,在3种孔隙分布下用Be表示的热传导引起的熵产率占主导.     

相变储热的传热强化技术研究进展

相变储热技术具有储热密度大、相变温度稳定以及过程容易控制等优点,具有广泛应用前景。相变储热技术在应用中需完成热能的储存与释放过程,其传热特性直接决定应用效果。储热技术的传热强化主要包括三个方面：一是相变材料本身的导热强化;二是潜热型功能热流体的对流传热强化;三是储热器的传热强化。本文综述了国内外在相变储热技术的传热强化研究方面的进展,主要介绍了膨胀石墨、泡沫金属等复合相变材料的导热强化,相变微胶囊及相变微、纳米乳液潜热型功能热流体传热强化以及管壳式储热器、板式储热器、螺旋盘管储热器等储热器的传热强化。文章指出,膨胀石墨基复合相变材料具有高热导率、大储热密度以及良好的定型特性,且价格低廉,极具应用前景。纳米乳液功能热流体具有表观比热容大、流阻较小等优势,但存在稳定性较差、过冷度大等问题。板式储热器具有较大的传热面积、较高的传热功率,适宜应用于相变材料传热系统。但应用背景不同,针对不同场景提供不同储热器的选型及指导值得作进一步的研究。     

高孔密度下泡沫铜的填充率对石蜡融化传热机理的影响

基于石蜡和高孔密度的泡沫铜制备了复合相变蓄热材料,设计并搭建了一套可视化蓄热实验装置,分析了高孔密度下泡沫铜填充率对石蜡相变过程的强化传热机理,得到了复合相变蓄热材料的综合传热系数。实验结果表明,当泡沫铜填充率为0、0.43%、1.29%和2.15%时,复合相变材料的综合传热系数先减小后增大,分别为1.26W/(m·K)、1.18W/(m·K)、1.44W/(m·K)和1.88W/(m·K),因此随着泡沫铜填充率的增加,复合相变材料的融化时间先增长后缩短。此外,随着泡沫铜填充率从0.43%增至2.15%,复合相变材料融化时传热机制中导热占比从17.26%上升到86.01%,自然对流占比从82.74%下降到13.99%。     

泡沫金属在熔盐相变蓄热中的强化传热特性

搭建了熔盐蓄热特性实验平台,开展相变蓄热过程传热特性实验研究。建立了蓄热容器二维轴对称、瞬态固液相变数学模型,相变过程模拟采用Solidfication & melting模型,相变区域采用Boussinesq近似,对比了纯硝酸盐蓄热工况和填加泡沫金属后蓄热工况数值模拟结果。采用实验与数值模拟相结合的方法,重点分析了泡沫金属对熔盐蓄热过程的强化传热作用。结果表明,填加泡沫金属能够有效提高熔盐换热速率,泡沫金属孔隙率越小强化蓄热效果越显著。泡沫铜的热导率较高,相对于泡沫镍和泡沫铝有更好的强化传热效果,蓄热速率是纯硝酸盐蓄热的1.6倍。在相变蓄热后期自然对流换热占主导地位,此时泡沫金属会抑制自然对流。同时,填加的泡沫金属越靠近容器中心位置,对自然对流抑制作用越强,蓄热性能越差。     

基于泡沫金属的复合毛细芯的物性测试

为改进毛细芯的传热传质性能,以泡沫金属铜或镍为骨架,在其内部填充树形金属铜粉或镍粉,通过树形金属粉末调控泡沫金属内的孔隙结构及孔径分布,制备出一种以金属泡沫为基底的复合毛细芯,并对制备的复合毛细芯的孔隙率、抽吸性能、有效热导率及蒸发率进行研究。结果表明,这种结构的复合毛细芯孔隙率较高,有效热导率为4.1?9.8 W/(m?K)。从毛细芯毛细抽吸、有效热导率和蒸发率综合来看,以金属泡沫镍为骨架、树形镍粉末与造孔剂质量比为5:5的复合毛细芯性能最好。     

单相流体通过多孔金属换热器换热性能的理论分析

泡沫金属具有非常大的比表面积和良好的导热性能,在强迫对流情况下,具有很强的换热能力.通过建立泡沫金属在强迫对流的情况下的换热模型,得到了泡沫金属高度、孔密度、孔隙率和空气流速的变化对其换热性能的影响.分析结果显示:增大泡沫金属换热器的高度、孔密度、空气流速和减小孔隙率,都能提高换热器的换热性能;当这4个参数各自变化到一...     

石墨基浸金属多孔材料微观孔隙结构及其分形特征

为定量描述石墨基浸渍金属材料的孔隙结构特征并研究其对浸渍过程的影响规律,在石墨基多孔材料孔隙形成机理研究的基础上,分析形成浸不透孔洞的原因,并运用分形理论对孔隙结构特征进行了描述. 研究表明,石墨基浸渍金属多孔材料的孔隙结构具有典型的分形特征,其基体、孔隙、浸渍金属分形维数分别为1.80~1.85, 1.55~1.65, 1.50~1.55,未浸渍区域的分形维数为1.42~1.60,孔隙率为17.25%~24.85%. 分形维数反映了孔隙结构的非均质性,与采用压汞实验获得的孔隙率变化规律有较好的一致性,证明可用分形维数表征石墨基浸金属材料的孔隙率.     

TPMS多孔铝-石蜡复合相变材料蓄热过程数值模拟及实验

传统相变材料受限于自身热导率小,其相变蓄热效率难以提升,通过在相变材料中添加具有高热导率的金属多孔结构是强化传热的重要手段之一。本文建立了三周期极小曲面（triply periodic minimal surface,TPMS）多孔铝-石蜡复合相变材料的三维、瞬态包含自然对流的相变蓄热模型,利用数值仿真结合实验的方法研究了TPMS多孔铝-石蜡复合相变材料在蓄热过程中的固液相界面演变规律、实时温度变化、热传输特性以及蓄热性能。结果表明,在纯石蜡中添加primitive杆状（primitive sheet,PS）、primitive壳状（primitive network,PN）两种TPMS多孔铝结构后,石蜡相变温度范围内出现明显的相变温度平台,PS-石蜡、PN-石蜡复合相变材料的相变起始时间较纯石蜡分别减少了74.1%与91.4%,竖直方向上的最大温度梯度由纯石蜡的1605.7℃/m分别下降至PS-石蜡、PN-石蜡复合相变材料的840℃/m、943.8℃/m,蓄热速率较纯石蜡分别提高3.10倍、4.69倍。最后,通过选区激光熔化（selective laser melting,SLM）技...     

开孔泡沫金属换热性能的研究进展

介绍了开孔泡沫金属的结构特点和换热原理,重点从流动特性和传热特性两方面总结了国内外对开孔泡沫金属换热性能的研究进展,并且概述了迄今为止关于泡沫金属传热模型的研究情况,指出了今后开孔泡沫金属用于板式热交换器的研究方向。     

Study on the effect of micro geometric structure on heat conduction in porous media subjected to pulse laser

Based on fractal theory, different two-dimensional fractal structures were constructed to simulate the practical porous media. Effective thermal conductivity for porous media was calculated by means of the finite volume method. Theoretical analysis of thermal response in the porous media under various heating conditions was performed with a multi-layer hyperbolic heat conduction model with volumetric heat generation. The results obtained in this paper indicate that pore size and micro distribution have a far-reaching impact on the heat conduction in porous media. If we assumed that both the thermal conductivity and the heat capacity of the solid phase is larger than those of liquid phase, decreasing the pore size and porosity is helpful to enhance the heat transfer in porous media and the peak of temperature increases with pore size and porosity. With the same pore size and porosity, the effect of the pore micro-geometric distribution on heat conduction in porous media is obvious. The method presented in this paper may suggest a valuable approach to theoretically evaluate the effect of pore micro-geometric structure on heat conduction in porous media.     

孔密度对泡沫金属内湿空气的换热与压降特性影响分析

通过实验研究,得到不同孔密度的泡沫金属内湿空气的换热和压降特性,并对泡沫金属换热器综合性能进行了分析。测试样件为泡沫铜,孔密度为5~40PPI(pores per inch),孔隙率为95%。研究结果表明,由于凝结水的存在,泡沫金属内的湿空气传热系数随着孔密度的增大先增大后减小,孔密度为15PPI时达到最大值;压降随着孔密度的增大而增大,且大于20 PPI时压降增大更明显。综合考虑传热系数与压降因素,泡沫金属孔密度为15PPI时综合性能最佳。