高孔隙率泡沫金属相变材料储能、传热特性

以高孔隙率泡沫金属材料作为骨架制备而成的新型复合相变储能材料的导热系数将大大高于相变材料本身的导热系数,在储能过程中具有更好的传热效果。给出了较通用的高孔隙率泡沫金属材料等效导热系数的估算公式,并利用准稳态方法建立了复合相变材料在凝固过程的数值模型,对其凝固过程的传热特性进行了理论分析。以铝—石蜡和铜—石蜡复合材料作为研究对象。分析表明,采用复合储能材料可以使得其传热性能得到很大提高,但是也会使复合材料的储能能力有所降低。提出了一种平衡储能能力和传热性能的方法,当泡沫金属处于平衡孔隙率时,在传热性能得到极大提高的同时也使得其储能能力降低不多。同时,分析得到了外部换热环境对储能能力、传热性能以及平衡孔隙率的影响,即较大的对流换热时,若要取得适当的储能能力和传热性能,则需要较小的孔隙率。     

应用于日光温室墙体的相变材料热物性优化研究

建立日光温室计算传热模型,以室内空气温度和墙体内表面温度为指标,通过实验方法验证了所建立的传热模型准确性,最后分析相变材料相变温度、相变焓、导热系数、密度等热物性对室内最低温度和相变蓄热率的影响规律,确定被动式相变蓄热墙体和主-被动式相变蓄热墙体的最佳相变材料热物性,阐明了实际应用时相变材料选择原则。研究结果表明,所建立的日光温室传热模型具有较高准确性,可用于日光温室墙体相变材料热物性优化;主-被动式相变蓄热墙体最佳相变材料的相变温度为27 ℃,相变焓为200 kJ/kg,导热系数为0.35 W/（m·K）,密度为440 kg/m³,被动式相变蓄热墙体最佳相变材料的相变温度为26 ℃,相变焓为200 kJ/kg,导热系数为0.35 W/（m·K）,密度为792 kg/m³;最佳相变材料热物性应用时,2种墙体室内最低温度均可达到15.0 ℃,但是被动式相变蓄热墙体的相变蓄热率较主-被动式相变蓄热墙体减小29.5%。本研究可为相变材料在日光温室的高效利用提供参考。     

内通传热流体的圆管外相变材料的无量纲储传热准则的研究

建立了分析内通传热流体的圆管外相变材料储,储热特性的理论模型,并提出分析瞬态相变层厚度分布,传热流体轴向温度分布及圆管相变材料储,传热量的新方法：温度－固液界面移动交替迭代法,通过理论分析和数值计算,得到确定上述参数的无量纲公式,公式与数据点的平均拟合精度分别为０．３％、１．６２％和２．５％。准则公式计算值与相同条件下的文献值吻合,验证了本文模型、方法和结果的正确性。所得的无量纲公式不局限于某一种     

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...     

非理想相变特性材料热性能简化分析方法及适用条件

采用焓法、分析了蓄能相变材料相变区比热特性性对其蓄换热性能的影响。该方法对潜热型蓄换热系统的热性能分析和计算是普适的。针对该方法较为复杂而理想相变材料（相变温度为一点）热特性的分析较为简单并有大量结果可供参考的特点，讨论了采用对理想相变材料适用的蓄换热性能分析方法和公式来计算相变温度为一个温度区间的非理想相变材料蓄换热特性的适用条件。所得结论拓宽了理想相变材料蓄换热性能分析方法及结果的适用范围。在很多情况下，大大简化了非理想相变材料蓄换性能的分析和计算，对各种蓄能相变换热器的设计和性能优化具有指导意义。     

基于共轭传热的火灾条件下复合材料储氢瓶的传热行为

复合材料储氢瓶为氢燃料电池汽车的关键部件,其在火灾条件下的瞬态传热行为的精准预测对储氢瓶的失效判断至关重要.文中提出了一种基于多重区域的实时双向耦合共轭传热模型,用于模拟复合材料储氢瓶在火灾条件下的瞬态传热特性.共轭传热模型采用大涡模拟(LES)对瓶外流体计算区域的火灾进行了数值模拟,并对复合材料缠绕层、高密度聚乙烯内胆和瓶内高压氢气3个计算区域分别建立了基于有限体积法的三维导热方程.复合材料缠绕层的导热模型考虑了高温热解和热解气的对流及冷却作用,并采用了依赖于复合材料成分和温度的可变物性.结合某商用Ⅳ型储氢瓶的池火火灾试验,验证了所提出的共轭传热模型的可靠性,并对其瞬态传热特性进行了数值研究.     

组合式相变材料蓄热系统中相变温度分布研究

建立了组合式相变材料蓄热系统物理模型，在忽略显热的假设条件下研究了相变温度呈线性分布的组合式相变材料蓄热系统传热特性，得出了最优线性相变温度分布，并采用考虑显热的数值计算（有限差分法）证实了理论分析得出的最优相变温度与实际相变温度分布几乎相同。     

相变蓄热U型真空管太阳能集热器热性能研究

建立相变蓄热U型真空管太阳能集热器三维传热数值计算模型,研究工质流动时相变材料对U型真空管集热器热性能的影响,与无相变U型真空管集热器进行对比,探讨相变材料主要物性参数和工质质量流量对其热性能的影响规律。结果表明,在U型真空管集热器中填充相变材料可有效降低U型真空管集热器的出口温度峰值,相变材料在夜间及太阳辐射较弱时释放热量,延长了集热器的有效运行时间,相变集热器与传统无相变集热器的有效集热量相差较小。与无相变集热器相比,相变集热器出口温度峰值最大降低了10.6 K,有效运行时间延长了1.0～3.7 h。     

太阳平板集热/储能相变传热的数值模拟

提出了一种高效储能平板集热器模型.该平板集热器中采用相变材料作为储能介质,不需储能水箱及防冻保护装置,因此节约了空间和费用.建立了太阳平板集热器内相变材料(石蜡)二维相变传热及自然对流模型,运用显热容法模拟了平板集热器内泡沫铝中石蜡相变融解传热过程.与平板集热器内填充纯相变石蜡的融解传热过程进行比较发现,泡沫铝可极大地提高相变石蜡的相变传热性能.计算结果为高效储能型平板集热器的开发提供了理论指导.     

相变热传导的计算

对相变材料进行相变传热分析，在其实际应用中具有重要的意义。但由于相变过程存在一个移动的边界面，因而相变传热的计算比之单纯热传导更为复杂。本文介绍了一种基于焓法的数值计算方法，它不用考虑相界面的移动，在相变传热的计算（尤其是多维计算）中，具有特殊的优越性。     

Heat transfer behaviour of thermal energy storage components using composite phase change materials

对基于复合相变材料储热单元的储热性能进行了研究。建立了复合材料和储热单元体内部的二维传热模型,考察了复合材料物性和结构尺寸及传热流体操作条件（流体流速）对单元体储热性能的影响,对比了两种不同结构单元体的储热性能,并搭建实验平台进行了实验对比研究。对比结果表明,模型结果与实验结果趋于一致,验证了模型的准确性。复合材料物性和结构尺寸及传热流体操作条件对单元体储热性能有较大的影响。相比较单管储热单元体,同心管储热单元体有着更优的储热特性,在相同的操作条件下,同心管储热单元体的储热、放热时间较单管储热单元体分别减少10%和15%。     

多孔基无机玻璃-熔盐复合相变材料蓄热性能的实验研究

基于熔融浸渗法和黏结封装法,以多孔基作为基体材料,分别采用无机玻璃粉与熔盐作为相变材料开展实验,探究储热样本的最佳制备工艺流程。考察了复合相变蓄热体的显微结构及物相组成特征,分析了复合相变蓄热材料的质量损失率,并对蓄热体进行蓄热性能分析及高温抗压强度测试。实验结果表明,采用黏结封装法,以氯化钠作为相变材料,加盖圆柱形三角孔蜂窝陶瓷基体作为载体,设定6.5℃/min的升温速率,烧结温度至800℃,保温30 min,可制备蓄热性能较为优异的复合相变蓄热材料。复合相变蓄热材料的蓄热密度为445.5 kJ/kg,该蓄热体在800℃条件下高温抗压强度达到75.9 MPa,具有良好的蓄热性能和力学性能。     

相变蓄热同心套管传热模型和性能分析

建立了一种简便的相变蓄热同心套管传热模型,用来求解相变材料在相变过程中流体温度和相变界面随时间和向位置的变化规律,模型中考虑了相变材料导热热阻和有效传热面积随时间和位置的变化,适用于流体入口温度和流量随时间变化的情况,计算值与有关文献值吻合,验证了模型的正确性。藉此模型对文献「７」中相变贮能换热器的储、放热性能进行了模拟分析。     

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。     

Fabrication and characterization of electrospun fatty acid form-stable phase change materials in the presence of copper nanoparticles

Latent heat storage system using phase change materials (PCMs) has been recognized as one of the most useful technologies for energy conservation. In this study, a novel type of fatty acid eutectic of methyl palmitate (MP) and lauric acid (LA)/polyacrylonitrile (PAN) composite phase change fiber is prepared by single electrospinning method. Additionally, copper nanoparticles (CNPs) with different mass ratio are combined for improving the thermal conductivity of the PCM. The structure and morphology of the fabricated composite PCMs are observed by scanning electron microscopy (SEM), and the thermal properties and performance are also characterized. SEM results show that the liquid fatty acid has been fully stabled by the three-dimensional structure of the fibers. Good compatibility among the components of the composites is also demonstrated. Besides, the addition of nanoparticles leads to an improved thermal conductivity by over 115.2% and a phase transition temperature 21.24 °C as well as a high latent heat of 85.07 J/g. Moreover, excellent thermal reliability of the phase change fiber is confirmed by multiple thermal cycles. Hence, the composite PCM prepared in this study shows a promising potential for thermal energy system such as building insulating and thermal mass regulating textiles.     

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。     

Numerical modelling of transient heat transfer of hydrogen composite cylinders subjected to fire impingement

To improve the current design standards of the hydrogen composite cylinders, it is essential to understand the thermal response of the hydrogen composite cylinders subjected to fire impingement. In the present study, a fully coupled conjugate heat transfer model based on a multi-region and multi-physics approach is proposed for modelling the transient heat transfer behaviour of composite cylinders subjected to fire impingement. The fire scenario is modelled using the in-house version of FireFOAM, the large eddy simulation (LES) based fire solver within the frame of OpenFOAM. Three dimensional governing equations based on the finite volume method are written to model the heat transfer through the regions of composite laminate, liner and pressurized hydrogen, respectively. The governing equations are solved sequentially with temperature-dependent material properties and coupled interface boundary conditions. The proposed conjugate heat transfer model is validated against a bonfire test of a commercial Type-4 cylinder and its transient heat transfer behaviour is also studied.     

Method to improve geometry for heat transfer enhancement in PCM composite heat sinks

Use of composite heat sinks (CHS), constructed using a vertical array of ‘fins’ (or elemental composite heat sink, ECHS), made of large latent heat capacity phase change materials (PCM) and highly conductive base material (BM) is a much sought cooling method for portable electronic devices, which are to be kept below a set point temperature (SPT). This paper presents a thermal design procedure for proper sizing of such CHS, for maximizing the energy storage and the time of operation until all of the latent heat storage is exhausted.For a given range of heat flux, q″, and height, A, of the CHS, using a scaling analysis of the governing two dimensional unsteady energy equations, a relation between the critical dimension for the ECHS and the amount of PCM used (?) is determined. For a ?, when the dimensions of the ECHS are less than this critical dimension, all of the PCM completely melts when the CHS reaches the SPT. The results are further validated using appropriate numerical method solutions. A proposed correlation for chosen material properties yields predictions of the critical dimensions within 10% average deviation. However, the thermal design procedure detailed in this paper is valid, in general, for similar finned-CHS configurations, composed of any high latent heat storage PCM and high conductive BM combination.