壳管式潜热蓄能系统换热特性

针对目前石蜡潜热蓄能系统效率低下的特点,构建了石蜡/膨胀石墨混合相变材料的潜热蓄能系统,研究了其蓄/放热特性,并与纯石蜡相变材料系统进行了对比分析,讨论了不同换热流体流量下的蓄/放热过程的时间周期。用焓法处理相变区域,对该潜热蓄能系统的整体蓄热过程进行数值模拟。研究结果表明,对于石蜡／膨胀石墨复合相变材料,其导热性能较纯石蜡有很大提高,但由于添加了膨胀石墨而减弱了蓄热中石蜡的对流换热。流量提高对蓄/放热速率有明显的改善。焓法模型能全面反映蓄能系统的换热与流动特性,数值计算的结果与实验数据吻合较好。     

PE-LD/石蜡复合相变储能材料的制备及性能研究

以固体石蜡、低密度聚乙烯(PE-LD)为原料,乙烯基三乙氧基硅烷改性的膨胀石墨/硅藻土为填料,过氧化二异丙苯(DCP)为交联剂,制备复合相变储能材料。研究了石蜡含量及改性后硅藻土/膨胀石墨用量对复合材料热稳定性及导热性的影响,探讨了DCP含量对复合相变材料微观结构、力学性能的影响。结果表明,当石蜡含量为60%(质量分数,下同)时,热稳定性良好,相变潜热和相变温度更合适;膨胀石墨及硅藻土的加入对复合相变材料热稳定性均有提升,且无机填料含量为4.6%时达到最大值,膨胀石墨对复合材料热稳定性改良效果强于硅藻土;膨胀石墨的加入对复合相变材料导热性能有所提升,当膨胀石墨含量为4.6%时,热导率为对比样的384.38%;DCP的加入使复合相变材料的力学性能有所增强,且含量在3%时综合性能良好。     

采用相变材料冷却的动力电池组的散热性能

使用石蜡/石墨相变复合材料设计了单体电池和电池组,开展了动力型镍氢电池组散热的实验。通过测定电池在不同电流下放电过程中的温度变化,研究和比较了分别采用相变冷却技术与空气换热冷却技术的电池散热效果;并初步优化了石蜡/石墨复合相变材料的质量配比。实验结果表明,在1C放电倍率下,采用相变材料冷却相对于空气自然和强制对流冷却,电池温升分别降低14～18 ℃以及9～14 ℃。石蜡与石墨质量配比在4∶1时,电池组冷却效果达到最佳。相变材料填充的电池经过充放电循环后,电池性能没有显著劣化。     

碳纳米管/石蜡复合相变材料热性能的实验研究

以石蜡为相变材料基液,分别添加不同体积分数的碳纳米管,通过两步法制备碳纳米管/石蜡复合相变材料,并对复合相变材料的热物性参数和相变性能进行了测试和表征。搭建试验台对复合相变材料进行蓄放热实验。结果表明,复合相变材料的相变温度与纯石蜡基本一致,相变潜热随纳米颗粒的添加量增大而减小;复合相变材料的凝固强化效果随碳纳米管添加量的增大而增强,添加量为体积分数2%时,凝固速率可以提升16.3%;对于熔化过程,导热和对流换热共同作用着复合相变材料的熔化速率能否被强化。     

碳纳米管/石蜡复合相变材料热性能的实验研究

以石蜡为相变材料基液,分别添加不同体积分数的碳纳米管,通过两步法制备碳纳米管/石蜡复合相变材料,并对复合相变材料的热物性参数和相变性能进行了测试和表征。搭建试验台对复合相变材料进行蓄放热实验。结果表明,复合相变材料的相变温度与纯石蜡基本一致,相变潜热随纳米颗粒的添加量增大而减小;复合相变材料的凝固强化效果随碳纳米管添加量的增大而增强,添加量为体积分数2%时,凝固速率可以提升16.3%;对于熔化过程,导热和对流换热共同作用着复合相变材料的熔化速率能否被强化。     

被动式汽车相变材料储能器的实验分析

根据相变材料发生相变时可以吸收或者释放大量热量,同时保持自身的温度恒定的性能,设计出箱式储能器用于调节汽车内部气温,达到节能的目的。人体的适宜温度为22~26℃,因此采用相变温度为25℃的相变材料作为相变储能材料,并通过铝瓶封装进行熔化过程和凝固过程的实验研究。结果表明,在出口空气流速2.5 m/s的条件下,当进口温度为35℃时,石蜡在熔化过程中可以吸收环境空气的热量,降低环境温度3℃以上,并且维持3 h。在进口温度为10℃,石蜡在凝固过程可以释出热量,提高环境温度3℃以上,维持3.5 h以上。同时还研究了石墨复合相变材料在箱式储能器里熔化和凝固过程的温度变化规律,在空气流速不变的条件下,石墨复合相变材料熔化和凝固过程的速度与相变材料和环境空气的温差有关,温差越大其相变速度越快,相变完成的时间就越短。     

癸酸-石蜡/膨胀石墨定形相变材料的制备及性能

通过物理吸附法将癸酸-石蜡（CA-PC）二元低共熔混合物与膨胀石墨（EG）复合形成癸酸-石蜡/膨胀石墨定形相变材料，实验结果显示，CA与PC、CA-PC与EG的最佳质量配比分别为8.1∶1.9和7∶1。利用扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶红外光谱仪（FTIR）分析了定形相变材料的微观形貌和结构特点，发现CA-PC/EG的FTIR曲线上同时存在二元低共熔混合物和膨胀石墨的特征吸收峰，表明二元低共熔混合物与膨胀石墨之间没有发生化学反应，二者依靠表面张力和毛细力作用在一起，并且CA-PC二元低共熔混合物依靠物理作用被有效包封于EG的孔隙中，经过1000次加速冷热循环后，基本没有液态二元复合相变材料泄漏。通过差示扫描量热仪（DSC）得到CA-PC/EG的熔化温度和凝固温度分别为27.04℃和22.26℃，熔化潜热和凝固潜热分别为144.4J/g和133.7J/g，且EG的高导热性促进了CA-PC的蓄放热速率。同时，根据热重分析（TG）与蓄放热实验结果发现其拥有优良的热可靠性和耐热性能。因此，该CA-PC/EG定形相变材料是一种良好的低温储能材料。     

被动式汽车相变材料储能器的实验分析

根据相变材料发生相变时可以吸收或者释放大量热量,同时保持自身的温度恒定的性能,设计出箱式储能器用于调节汽车内部气温,达到节能的目的。人体的适宜温度为22~26℃,因此采用相变温度为25℃的相变材料作为相变储能材料,并通过铝瓶封装进行熔化过程和凝固过程的实验研究。结果表明,在出口空气流速2.5 m/s的条件下,当进口温度为35℃时,石蜡在熔化过程中可以吸收环境空气的热量,降低环境温度3℃以上,并且维持3 h。在进口温度为10℃,石蜡在凝固过程可以释出热量,提高环境温度3℃以上,维持3.5 h以上。同时还研究了石墨复合相变材料在箱式储能器里熔化和凝固过程的温度变化规律,在空气流速不变的条件下,石墨复合相变材料熔化和凝固过程的速度与相变材料和环境空气的温差有关,温差越大其相变速度越快,相变完成的时间就越短。     

无机材料基复合相变材料的制备

使用石蜡和颗粒状多孔介质膨胀珍珠岩,并在其外部包裹环氧树脂复合而成颗粒型复合储能相变材料,文中研究了固化温度、溶剂种类及用量对石蜡/膨胀珍珠岩复合相变材料制备的影响,使用扫描电镜对石蜡/膨胀珍珠岩复合相变材料的形貌进行表征。研究结果表明：以石蜡为相变储能材料的最佳制备工艺条件是：珍珠岩/环氧树脂=1∶0.2;环氧树脂/HDT31=1∶0.4;膨胀珍珠岩/石蜡复合相变材料颗粒包裹的非常均匀,形成的环氧树脂膜均匀致密,在50℃烘箱内干燥48 h,无石蜡渗出。     

原位聚合树脂提高膨胀石墨/石蜡热导率的研究

为了提高石蜡-膨胀石墨相变储能材料的热导率,以膨胀石墨压缩块(CEG)为基体,分别以低含量酚醛树脂浸渍和原位合成的方式制备高导热骨架,合成出膨胀石墨-树脂-石蜡相变储能材料。结果表明:原位聚合比浸渍可以获得更高热导率的膨胀石墨骨架,热导率由纯膨胀石墨压缩块的65.6 W·m~(-1)·K~(-1)达到68.9 W·m~(-1)·K~(-1)(105%),由其制备的储能材料热导率达到了膨胀石墨压缩块的106%(69.5 W·m~(-1)·K~(-1)),使储能材料热导率高于石蜡和膨胀石墨骨架,说明原位聚合可以强化膨胀石墨导热网络从而提高其热导率。     

80#石蜡/膨胀石墨定形复合相变材料的特性表征与分析

以80^#石蜡为相变材料,利用不同粒径膨胀石墨的多孔隙结构,以多层吸附、模压法压制方式制备了80^#石蜡/膨胀石墨定形复合相变材料。通过循环融冻实验分析了80^#石蜡的热稳定性和循环稳定性,滴定滤纸渗漏实验确定了不同组分复合相变材料的渗漏率。采用差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜（SEM）、Hot Disk热常数分析仪等仪器对所制备复合相变材料的相变潜热、多孔基吸附结构、热导率、渗漏率等特性进行了分析。结果表明：当膨胀石墨的添加质量分数达到整体组分的8%时,复合定形相变材料的相变温度为80.86℃（吸热）和76.08℃（放热）,相变潜热为130.12kJ/kg,且渗漏率小于0.3%。制备的复合定形相变材料具有形状稳定、渗漏率低、蓄热密度高的特点,且具有较长的使用寿命。     

石蜡/膨胀石墨定形相变材料的性能

以石蜡为相变材料,利用膨胀石墨多孔网络结构,通过物理吸附法制备出石蜡/膨胀石墨复合相变材料,并通过模压法制成定形相变材料板块。采用差示扫描量热分析仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、偏光显微镜(POM)和Hot Disk 热常数分析仪等对复合相变材料进行了结构和性能的表征与测量,建立了冷/热循环实验系统以分析材料的蓄/放热性能等。结果表明:石蜡质量分数为80%的定形相变材料相变温度为27.27℃,相变焓为156.6 kJ·kg^-1。制备的定形相变材料具有相变过程形状稳定、热导率高、储热密度大等特点,并具有良好的稳定性和较长的使用寿命。     

泡沫铜/石蜡复合相变储能材料的储放热过程及数值模拟

作为储热和热管理技术的重要材料之一,相变储能材料通常具有储热密度较大、相变温度变化较小的优势,但其热导率较低,热传递效率较差。本文将泡沫铜用于石蜡相变储能材料的传热强化,通过测定相变储能材料储放热过程的温度变化,考察了添加泡沫铜对相变储能材料储放热速率和温度均匀性的影响,且在实验基础上对储能材料的放热过程进行建模并求解,得到温度云图,为实际应用提供理论依据。结果表明,添加泡沫铜后,石蜡的相变储热和放热时间分别缩短了16.67%和14.71%;储放热过程复合材料中心层与外层中心点的最大温差分别降低了91.5%和87.5%;建立放热过程相变储能材料温度随时间变化的模型,对比实际值和模型预测值,得到相关系数及标准误差分别为0.99℃和0.13℃,证明该模型准确度较高,可有效预测相变储能材料的温度变化情况。     

硬脂酸/十八醇/乙酸钠复合相变材料蓄/放热性能

首次将无机相变材料乙酸钠和混合有机相变材料（硬脂酸和十八醇）复合，获得三元复合相变材料。有机和无机相变材料复合可有效解决无机相变材料在相变过程中存在相分离、过冷度大和有机相变材料热导率低的缺点。利用同心套管蓄/放热实验台测试了乙酸钠/硬脂酸/十八醇三元复合相变材料的蓄/放热性能，分析了流体流量及温度对相变材料蓄/放热过程的影响，并结合Fluent数值模拟和实验结果分析了相变过程中相界面的移动规律。研究结果表明，三元复合相变材料在蓄热过程中自然对流起主导作用，放热过程中导热起主导作用，蓄热所需时间小于放热所需时间。蓄热过程中，相变材料的上部相界面横向移动明显快于下部；放热过程中，相变材料的上、下部相界面均匀地径向移动。     

平板微热管阵列-泡沫铜复合结构相变蓄热装置蓄放热特性

相变蓄热技术是节能减排的一个重要手段,在太阳能利用、余热回收和电力削峰填谷等领域发挥重要的作用。设计了以平板微热管阵列-泡沫铜复合结构为基础,多孔扁管为载热流体通路,水为载热介质,石蜡为相变材料的热管式蓄热装置。通过实验研究了蓄放热过程中装置内部石蜡的温度分布情况,不同载热流体温度和流量下的蓄放热功率变化,以及装置蓄放热效率等特性。实验结果表明,平板微热管阵列-泡沫铜复合结构可以使箱体内石蜡温度分布更加均匀;增加载热流体和相变材料的温差以及增大流量都可以提高蓄放热功率。实验条件下,该装置的最大蓄热功率为1.24 kW,最大放热功率为1.43 kW。装置蓄热效率为92%,放热效率为94%,总效率为87.4%。     

平板微热管阵列-泡沫铜复合结构相变蓄热装置蓄放热特性

相变蓄热技术是节能减排的一个重要手段,在太阳能利用、余热回收和电力削峰填谷等领域发挥重要的作用。设计了以平板微热管阵列-泡沫铜复合结构为基础,多孔扁管为载热流体通路,水为载热介质,石蜡为相变材料的热管式蓄热装置。通过实验研究了蓄放热过程中装置内部石蜡的温度分布情况,不同载热流体温度和流量下的蓄放热功率变化,以及装置蓄放热效率等特性。实验结果表明,平板微热管阵列-泡沫铜复合结构可以使箱体内石蜡温度分布更加均匀;增加载热流体和相变材料的温差以及增大流量都可以提高蓄放热功率。实验条件下,该装置的最大蓄热功率为1.24 kW,最大放热功率为1.43 kW。装置蓄热效率为92%,放热效率为94%,总效率为87.4%。     

石蜡/纳米石墨复合相变储热材料的换热与放热效率

相变储热是提高能源利用率的重要手段之一,相变储热材料的换热系数与放热效率研究对太阳能高效利用具有重要意义。通过变换铝管管径、循环风速以及空气温度,计算出复合相变储热材料的换热系数及放热效率。结果表明:铝管管径不变,循环风速小于3m/s时,空气温度对换热系数影响很小,差值在1W/(m2·℃)左右;换热系数、放热效率都随风速的增大而有所提高,放热效率最大可达95.3%;随着管径增大,换热系数逐渐减少,放热效率却逐渐增大;适合石蜡/纳米石墨复合相变储热材料的最佳条件为管径30mm、循环风速3m/s以及空气温度90℃。     

石蜡与石蜡/膨胀石墨熔化性能的实验研究

为改善相变储能过程中石蜡(PA)的熔化性能，向PA中添加少量膨胀石墨(EG)制备了4种配比的石蜡/膨胀石墨复合相变材料(PA-EG)。通过热物性分析筛选出合适配比的PA-EG，并对其和PA在水平管壳式相变储能单元中的熔化过程进行了实验研究。根据相变材料的温度场变化以及加权法计算得到的熔化分数变化，对比分析了添加EG前后PA的熔化性能，并探究了加热温度对相变材料熔化性能的影响。结果表明，PA-EG3的热导率比PA高了7倍，且两者的相变温度和潜热相差不大。PA-EG3熔化过程中的自然对流效应弱于PA，但是较高的热导率能够显著改善相变储能单元中下部的熔化，使得其整体熔化速度快于PA。当加热温度为80℃时，PA-EG3的熔化过程比PA缩短了78.16%。此外，降低加热温度会使PA和PA-EG3的完全熔化时间都显著增加，但相同条件下PA-EG3的增加幅度更小。     

石蜡基高热导率相变储能材料的制备

针对相变蓄能材料的相变点调节和热导率增强的问题,通过熔融混合法制备了一种低相变温度、高潜热的C14～C18石蜡基共熔相变材料,通过DSC和塔曼图对C14～C18混合物进行了分析,确定了共熔物的组成为84.4 wt%C14～15.6 wt%C18,熔点和相变焓分别为1.0℃和205 kJ/kg。基于C14～C18石蜡共熔物作为相变储能材料,以5种不同压缩密度的膨胀石墨作为吸附基质,制备了C14～C18/EG复合材料。通过SEM、FT-IR、XRD表征了微观结构和形貌,通过DSC和HOT-DISK热常数分析仪测试了储能性能和导热性能,并探讨了不同压缩密度的膨胀石墨与复合材料的相变焓以及热导率的关系。实验结果表明：在实验条件范围内,相变焓与压缩密度成正比,热导率与压缩密度成反比;在100次吸放热试验后,样品形貌和热性质未发生变化,复合材料具有良好的循环稳定性和热稳定性。复合相变储能材料在低温储存领域具有应用潜力。     

膨胀石墨基相变储能材料的研究

利用膨胀石墨孔隙结构的吸附性能,制备了石蜡/膨胀石墨、聚乙二醇/膨胀石墨、十四醇/膨胀石墨相变储能复合材料,用差示扫描热量法研究了材料的热性能.结果表明,复合材料的相变潜热随着石蜡、聚乙二醇、十四醇含量的增加而增加.复合材料的导热性能随着石蜡、聚乙二醇、十四醇含量的增加而小.膨胀石墨的多孔结构对石蜡、聚乙二醇、十四醇有很好的吸附性能,石蜡、聚乙二醇、十四醇在固一液相变时,未见有液态石蜡、聚乙二醇、十四醇的渗出.