太阳能相变储热在木材干燥中应用的初步研究

针对木材太阳能干燥间歇性的不足,在原有太阳能干燥装置的基础上,增设了多管道叉排石蜡相变储热系统。研究结果表明,随着储热系统管排数的增加（5、7、9、11排）,其放热时间逐渐缩短,换热系数呈现增加趋势,平均值分别为17．8、22．1、24．7、26．4W／（m^2·℃）;在其它参数相同的条件下,当管排数不大于5时,储热温度对换热系数的影响不大,但当管排数大于11,储热系统显热储存的热量就不能够忽略;在其它参数相同的条件下,随着风速的增加,换热系数呈现增长趋势,风速为1．0、1．5和2．0m／s时,放热速率的比值为0．89：0．94：1。     

六水硝酸镁相变储热复合材料改性制备及储/放热性能研究

水合盐相变材料因具有较高的相变焓和较低的成本在中低温储热领域有着广泛的应用前景,但其在储放热过程中通常存在过冷度大和热循环稳定性差的问题。以六水硝酸镁为主要研究对象开展相变储热复合材料的改性制备及相变储热装置的研制,采用熔融共混法制备了以二水硫酸钙为成核剂的六水硝酸镁相变储热复合材料,利用差示扫描量热仪及步冷曲线法测试了相变储热复合材料的热物性和循环热稳定性。在此基础上设计并构建了储热量为152 kWh的相变储热装置和相变储热系统,并对其储/放热性能进行了测试。结果表明：添加了2%（质量）二水硫酸钙的相变储热复合材料具有较好的循环热稳定性,且在经过50次熔化-凝固循环后其过冷度一直保持在0.5℃内,相变温度保持在87℃左右,相变焓保持在150 kJ/kg以上;相变储热装置可实现高达27 kW的平均储热功率,在保证放热过程中出水温度不低于56℃的情况下,可实现8 kW的平均放热功率和92.3%的储-放热效率,可满足建筑采暖及日常生活热水需求。     

三水醋酸钠相变储能复合材料改性制备及储/放热特性

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三水醋酸钠（SAT）为研究对象,采用熔融共混法将羧甲基纤维素（CMC）和十二水磷酸氢二钠（DHPD）作为添加剂对三水醋酸钠进行了改性研究,通过各成分的配比优化制备了高性能相变储热复合材料,利用DSC及熔融-凝固装置对改性材料进行了热物性和稳定性的测试,分析了不同质量分数的添加剂对相变储热复合材料的相变焓、相变温度、过冷度及相分离现象的影响;在此基础上采用改性的SAT相变储热复合材料构建了高密度储热器并搭建了相变储能热水实验系统,研究了不同运行工况下相变储热器的储/放热性能。结果表明：添加0.5% CMC和2% DHPD的相变储热复合材料有效改善了纯SAT的相分离严重和过冷度大的问题,具有良好的热稳定性,多次循环后复合样品的相变焓为258 kJ·kg^-1,相变温度为57℃,过冷度在2℃以内;相变储能热水系统在不同放热工况下出口水温度均超过50℃,放热过程中相变材料温度变化平稳,储热器的储放热效率高于90%,放热功率大于10 kW,且随着入口水温下降,放热功率、放热量及储放热效率都提高,相变储热器的储能密度是传统水箱的2.6倍。     

三水醋酸钠相变储能复合材料改性制备及储/放热特性

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三水醋酸钠(SAT)为研究对象,采用熔融共混法将羧甲基纤维素(CMC)和十二水磷酸氢二钠(DHPD)作为添加剂对三水醋酸钠进行了改性研究,通过各成分的配比优化制备了高性能相变储热复合材料,利用DSC及熔融-凝固装置对改性材料进行了热物性和稳定性的测试,分析了不同质量分数的添加剂对相变储热复合材料的相变焓、相变温度、过冷度及相分离现象的影响;在此基础上采用改性的SAT相变储热复合材料构建了高密度储热器并搭建了相变储能热水实验系统,研究了不同运行工况下相变储热器的储/放热性能。结果表明:添加0.5%CMC和2%DHPD的相变储热复合材料有效改善了纯SAT的相分离严重和过冷度大的问题,具有良好的热稳定性,多次循环后复合样品的相变焓为258 k J?kg~(-1),相变温度为57℃,过冷度在2℃以内;相变储能热水系统在不同放热工况下出口水温度均超过50℃,放热过程中相变材料温度变化平稳,储热器的储放热效率高于90%,放热功率大于10 k W,且随着入口水温下降,放热功率、放热量及储放热效率都提高,相变储热器的储能密度是传统水箱的2.6倍。     

小管径CO2蒸发器换热性能

为进一步优化适用于低蒸发温度的CO₂蒸发器性能，建立CO₂翅片管式蒸发器数学模型，探究在低蒸发温度-35℃、制冷剂流量0.06 kg/s、进风干球温度-25℃、风速1—3.5m/s条件下，5种不同换热管径及流路数对CO₂蒸发器的换热量、传热特性、压降特性的影响，并搭建CO₂跨临界双级压缩制冷试验台对蒸发器进行性能测试，验证蒸发器模型的准确性与可靠性。研究结果表明：迎面风速的增加可以提高蒸发器换热特性和增大管内外侧压降，但迎面风速过大反而会使管内换热系数降低；小管径在CO₂蒸发器的应用，可以显著提高换热性能，5 mm管径蒸发器空气侧与制冷剂侧换热系数相比于6.35 mm管径换热器分别最大提高15%和45.91%;通过增加流路数可以明显改善小管径蒸发器压降过大问题，为用于低温制冷的CO₂蒸发器性能优化与推广提供参考。     

混凝土/导热油储热模块充放热特性数值研究

文章以混凝土作为储热介质,以导热油作为传热介质建立储热单元。模拟计算了不同入口流速、管径以及管间距对储热和放热的影响。研究结果表明,增加入口流速,增大管径和减小管间距均能够缩短充放热时间,加快储热单元的换热效率。其中,入口流速为2.0 m3/h、管径20 mm、管间距60 mm的储热单元充放热时间分别为38 min和35 min。     

储热型太阳能供暖系统热输送全过程特性研究

研究了基于低温辐射散热的储热型太阳能供暖系统。分析了平板热管型太阳能集热器的集热特性和相变储热材料的吸/放热特性,揭示了相变储热单元温度场不均匀度的变化规律,测定了相变储热单元的热传输速率及系统的太阳能综合利用能力,优化了毛细管网运行条件,讨论了系统经济性。结果表明：平板热管型太阳能集热器热损系数为5.5447 W/（m²·K）,截距效率为86%;相变储热材料熔点及相变焓分别为55.69℃、163.09 J/g;相变储热单元温度场不均匀度在储热/放热阶段的变化趋势基本一致,平均储热速率和放热速率分别为1.829、1.803 MJ/h;系统的太阳能综合利用能力为0.2132;毛细管网的最佳进口温度和散热温差分别为36、8℃;系统初投资和运维成本分别为225.8、4.28元/m²,静态投资回收期为8.7年。     

蓄热型热泵热水器单级与复叠循环性能比较

引言 热泵机组的复叠循环,可以降低在寒冷气候下压缩机的压缩比,提高其制热效率[1].Agyenim等[2]采用石蜡为相变蓄热材料(PCM),分析了空气源热泵热水器内部传热特性,由于石蜡的热导率较小导致蓄热放热效率较低,PCM和水之间换热效率只有52%,为此开发了一种新型套管式换热器用于加强PCM和水之间的换热.Long等[3]数值模拟和实验分析了相变蓄热水箱的蓄热放热过程,在室外于湿球温度24/20℃,进水温度24℃条件下,热泵系统平均COP为3.08.陈光明等[4-5]设计一种新型的复叠式空气源热泵装置,提出单级向复叠运行转换足由两者运行时的吸、放热量、耗功量和运行性能系数决定,同时还与压缩机的形式有关,输气系数、绝热效率随压缩比变化越小,复叠运行优势越小.吴青吴等[6]以常规工质对复叠式热泵热水器在不同运行工况下的循环特性进行了理论计算,提出冬季运行复叠式循环,夏季单独运行高温级循环,有利于系统的节能.     

硬脂酸/二氧化硅复合相变储热材料制备及性能研究

采用“溶胶-凝胶”工艺制备出具有不同硬脂酸质量分数的硬脂酸/二氧化硅复合相变储热材料,运用SEM、XRD和DSC等手段对复合相变储热材料的结构与性能进行了表征和测试。复合相变储热材料是硬脂酸嵌入到二氧化硅三维纳米网孔中形成的,其相变温度和相变潜热均随硬脂酸质量分数的增加而增大,且相变温度低于纯硬脂酸,相变潜热与对应质量分数下的硬脂酸相当。实验结果表明,硬脂酸/二氧化硅复合相变储热材料具有储热密度大、性能稳定以及导热系数较高等优点。     

定形相变材料(SSPCM)墙板温度响应分析

基于传热学、相变储能理论以及ANSYS软件建立墙板数学模型,对墙板外侧施加周期性简谐波温度荷载,模拟分析定形相变材料SSPCM及其他热物性材料墙板内侧的温度响应,并比较了不同厚度、潜热以及内、外表面对流换热系数对SSPCM墙板内侧温度响应的影响.结果表明:在温度荷载作用,且内、外空气对流换热系数分别为5W/(m2·℃)和19 W/(m2·℃)条件下,SSPCM墙板存在一段约15.2 h相变维持时间,延迟时间约为0.52 h,衰减倍数约为2.19,综合性能指标较好,可使室内环境具有更好的舒适性;增加板厚,相变维持时间增幅减缓、延迟时间增长、衰减倍数加大,板厚达20 mm左右时,材料性能的综合利用率最高;提高材料潜热,相变维持时间增长、衰减倍数加大,但延迟时间几乎不变,潜热为75 kJ/kg时,能比较充分地利用材料性能;提高内表面对流换热系数,相变维持时间和延迟时间均缩短、衰减倍数增大,有利于潜热存储;外表面对流换热系数对温度的综合影响很小,可不予考虑.     

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。     

用于空调能量回收的板式脉动热管换热器

为提高脉动热管换热器在空调系统排风能量回收中的换热效率,提出了一种新型并联槽道板式脉动热管及由其组成的换热器。首先对单片热管在空调排风夏季工况下的能量回收情况进行了传热性能实验研究,影响因素包括槽道当量直径、充液率、工质种类、风速、风温、微倾角;然后对一组由7片热管顺排形成的板式脉动热管换热器的换热效率进行了计算。研究表明：新型板式脉动热管的适用工质为R141b,最佳充液率为25%;传热性能随新风温度及风速的升高而增强,新风、排风温差小于6℃时热管不启动;随风速增加,换热量增加,但换热效率有所降低;给定工况下板式脉动热管散热器的换热效率为44.1%;微倾角可使空调能量回收系统在保证良好换热效率的同时实现换季不换向,热管安装宜采用+2°左右的微倾角。     

脉动热管相变蓄热器蓄热实验分析

为了研究脉动热管对相变蓄热装置传热能力的优化,设计并搭建了脉动热管相变蓄热装置试验台,实验验证相变潜热蓄热量远大于显热蓄热量;在相同工况下改变加热流体流量,流量增大对传热优化有一定作用,但流量不宜过大;调整热源温度,温度越高,相变蓄热过程所需要的时间就越少;与常规铜管进行蓄热实验对比,脉动热管相变蓄热装置在蓄热过程中节省了47%的蓄热时间,同时优化了相变蓄热装置的传热均匀性。实验证明利用脉动热管技术对相变蓄热系统进行传热优化是可行的。     

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）技术成型了PS、PN多孔铝结构,并采用浇筑法制备了TPMS多孔铝-石蜡复合相变材料样品,利用可视化实验平台对仿真结果进行实验验证,发现仿真结果同实验吻合较好。     

CO2水合物浆在水平圆管中的传热特性

在CO₂水合物浆流动传热特性测试实验系统上,采用套管式电加热的方法对CO₂水合物浆进行了分解实验,并对CO₂水合物浆的流动传热特性进行了分析。对CO₂水合物浆的相变特性进行了研究,得到CO₂水合物浆的相变温度在8～12℃。研究了在固相体积分数为13.2%以及流速为0.45m/s的条件下CO₂水合物浆在内径为8mm的水平不锈钢管中的传热特性,计算得到CO₂水合物浆在不锈钢水平圆管中的对流传热系数为1500～1800 W/(m²·K),并且其在流动传热过程中呈现先增大随后趋向平稳的趋势,在水合物的相变区相应的对流传热系数表现最大。研究了分解加热功率对管壁温和对流传热系数的影响,发现加热功率对管壁温度的影响较强。在实际应用中可利用CO₂水合物浆的相变作用来增强传热,提高传热效率。     

太阳能热水相变炕体蓄放热性能及影响因素

提出一种太阳能热水相变蓄热炕的新型供暖系统，系统无须设置水箱，仅使用炕板与相变材料作为蓄热装置，可有效提高供暖效率。基于Fluent数值模拟平台，建立相变炕的二维非稳态传热模型，研究相变炕的蓄放热性能，并与混凝土炕的热性能进行对比；还分析了相变材料的相变温度和潜热对相变炕蓄放热性能的影响。结果表明，在设定工况下，与混凝土炕相比，上炕面的日间与夜间稳定温度分别提高2℃和4℃，上炕面最大温差由3.7℃降至0.8℃，全天得热量提高了66.36%。因此，相变炕具有上炕面温度较高、温度分布均匀、得热量大以及保温性能好等优点；提高相变温度，炕体得热量会有所减少，但对提升上炕面温度作用显著；增大相变潜热，可以显著提高炕体得热量，但对提升上炕面温度作用不明显。     

相变微胶囊悬浮液储能系统放冷特性实验研究

利用相变材料定温储能特性,搭建了以水为换热流体、相变微胶囊（MPCM）悬浮液为储能介质的潜热储能系统。采用放冷速率、相变完成率、单位体积放冷量和对流传热系数表征实验系统的放冷特性,通过该潜热储能系统与以纯水为工作介质的显热储能系统的对比,分析了循环水体积流量以及搅拌速率对系统放冷性能的影响。结果表明：MPCM主要在17~19℃范围内发生相变,当悬浮液温度到达20℃时,其相变完成率接近90%;增大循环水流量可以提高放冷速率,循环水体积流量为6 L·min^-1时,MPCM悬浮液的放冷速率在相变区间最高可达1.52 kW,相较于显热储能系统提升了70%;在0~200 r·min^-1的范围内,增大搅拌速率可增大MPCM悬浮液的单位体积放冷量和对流传热系数,搅拌速率为200 r·min^-1时,MPCM悬浮液的单位体积放冷量和对流传热系数分别为73.86 MJ·m^-3和2176 W·m^-2·K^-1,比显热储能系统分别高1.66倍和1.87倍。     

通风与相变耦合条件下围护结构最佳蓄热性能

现阶段用于建筑围护结构的相变构件在蓄热阶段存在蓄热速率较低的问题。为了提高相变构件在蓄热过程中的蓄热速率,将相变构件与机械通风相结合,搭建了相变构件热性能研究实验台,测试了不同送风温度和送风风速工况下相变构件的蓄热性能,采用了有限差分法通过Matlab软件对相变构件蓄热过程进行数值计算以拓展实验送风温度工况,将风机能耗考虑在内,对系统整体的节能效果进行了分析,提出了有效的送风方法。结果表明：提高送风温度或风速可缩短构件相变完成时间,同时可以提高构件表面蓄热热流,当送风风速为1.0 m·s^-1,送风温度由34℃提高到80℃时,液化过程的平均热流由23 W提高到322 W;同一送风风速工况下,最佳送风时间最终稳定在固定值;在送风温度80℃,送风风速2.0 m·s^-1条件下,送风1.6 h时,系统能达到最大节能量,为891.8 kJ。     

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。