组合相变材料换热管吸热器性能的数值分析

吸热器是空间太阳能热动力发电系统关键部件之一。传统吸热器采用单一熔点的相变材料。该文提出了由不同溶点的相变材料组成的组合PCM换热管吸热器模型，计算了换热管最大温度、工质出口温度、各容器PCM熔化率、换热管总PCM熔化率等结果。并与单一PCM换热管吸热器进行了比较分析，说明了采用组合PCM换热管可以很好的提高吸热器的性能，对于减少工质温度波动、减少吸热器质量有重要的意义。计算结果可以较好的指导吸热器的设计。     

高温相变蓄热容器传热的隐式求解

空间太阳能热动力发电系统是非常有前景的未来空间能源供应系统，关键部件之一是吸热/蓄热器，高温蓄热容器是其中的基本部位，它的传热性能直接影响玻整个热动力系统的性能。采用一种预测-修正的隐式迭代法对相变蓄热容器进行了三维热分析。并且与显式求解方法在计算时间和计算结果上进行了比较分析。证明这种方法可以明显提高计算速度，并可以获得较好的结果。     

新型平底型相变蓄热器蓄热性能的数值模拟北大核心CSCD

为了解决相变材料低热导率所引起的换热效果差的问题,向相变材料中添加高导热的金属泡沫材料以加速固液相变过程、提升整体蓄热效率。然而,浮升力导致高温流体堆积在蓄热单元顶部,蓄热单元底部的相变材料较难熔化。为了改善底部难熔的现象,本工作在控制相变材料容积不变的前提下,以一定的比例切除蓄热单元底部,形成新型平底型相变蓄热器。通过数值模拟的方法,对蓄热单元熔化过程中的熔化率、蓄热量、熔化相界面、速度分布和温度分布进行分析。结果表明,新型平底型相变蓄热器能够有效减少底部难熔区域,从而提高蓄热器整体的蓄热效率。其中底部横切比为0.7时,完全熔化时间最短,比圆管缩短了18.12%。通过模拟结果的对比分析可以发现,去除底部相变材料减小了热源到蓄热器底部(难熔区)的距离,增强了熔化末期底部难熔区域的换热。在熔化末期,横切比为0.7的蓄热单元,在相界面处的流速比圆管的提高了2.10倍。说明底部横切强化了熔化末期蓄热单元底部的传热,减小了蓄热单元底部的低温区域,从而推动了整体的熔化进程。     

热管式吸热器单元热管传热的数值模拟分析

热管式吸热器的热性能分析对吸热器设计有着重要意义，但由于其相变过程与热管传热的耦合作用十分复杂，至今仍是很少有人深入研究的领域。本文基于焓法建立单元热管耦合传热的物理和数学模型，模拟计算了热管壁温、蓄热容器壁温、循环工质出口温度及相变材料熔化率等参数，并与基本型吸热器进行比较，验证了热管吸热器明显改善了温度分布的均匀性和相变材料的熔化率。     

高温相变蓄热容器的优化设计及参数分析

高温相变蓄热容器是空间太阳能热动力发电系统关键部件吸热器的基本部件，它的传热性能直接影响到整个动力系统的性能。建立了相变容器的目标函数和约束方程，利用优化方法求出了设计变量的最佳参数，分析了容器的壁厚、外径和长度等参数对容器性能的影响，结果表明蓄热容器参数对吸热器的性能和质量有重要的影响，计算结果可以用于吸热器的设计。     

太阳能热动力发电系统吸热器换热管试验及数值模拟

吸热器换热管地面试验是空间太阳能热动力发电系统吸热／蓄热器研制的重要阶段，是为了验证相变材料的蓄放热性能。对以共晶盐LiF—CaF2为蓄热介质的换热管进行了27个周期共2511分钟的地面试验，包括变参数试验和稳态试验，获得了容器表面温度和工质出口温度等试验结果。利用焓法建立相变蓄热换热管试验的传热模型，采用试验参数对地面试验进行了数值模拟，得到的结果与试验结果进行了比较，两者比较接近。证明了地面单管试验的成功性，也验证了换热管传热分析软件的可靠性。     

高温肋板式蓄热器蓄/放热特性的数值模拟

采用计算流体动力学方法对高温不锈钢肋板式相变蓄热器的蓄/放热特性进行了数值模拟。分析了多孔肋片和锯齿肋片对蓄热器蓄/放热特性的影响以及载热体入口温度和流量对相变材料熔化和凝固速度的影响,计算结果表明:在该新型肋板式相变蓄热器中,多孔翅片的性能优于锯齿肋片;随着蓄热器传热温差的增大和载热体流量的增加,蓄热器的蓄/放热性能越好;肋片作为换热元件可以很好的提高蓄热器的蓄/放热性能。所得结论可为高温肋板式蓄热器的优化设计提供有益的参考。     

圆柱形相变蓄热器蓄/放热性能实验研究

设计并搭建了以太阳能为热源的圆柱形蓄热器实验台,将封装了相变材料(PCM)的蓄热球体放置在蓄热器中,测量蓄热器进出口和蓄热器内第一～七层的热媒(HTF)温度,对所测温度和流最进行数据采集.分析HTF的进口温度和流量变化对蓄热器热性能的影响.结果表明,随着HTF的进口温度的提高,完成蓄热所需的时间不断减少,蓄热效率得到提高,流速的增加对蓄热的影响不大.初步掌握热媒的流动特性对相变蓄热装置蓄放热过程的影响,为蓄热器的工程应用设计、评价提供参考依据.     

太阳能吸热器换热管蓄热数值模拟与试验研究

对以高温共晶盐LiF—CaF2为相变材料(PCM)和以干空气为工质的相变蓄热系统，采用焓方法建立了以控制体单元为对象的单管相变蓄热模型，并对系统进行了数值分析，得到了循环工质气体出口温度、相变材料容器最高温度和平均壁温等参数的瞬态变化曲线，实验研究了吸热器换热管的蓄傲热性能，分析了工质进口温度、输入热流级工质流量对工质出口温度、PCM容器平均壁温及最高壁温的影响。计算结果和试验表明单元换热管的蓄傲热性能达到了设计要求，试验结果与数值计算吻合良好。     

相变蓄热型空气源热泵系统蓄、释热特性与供暖节能运行温度条件的研究

文章通过对典型城市最冷月的日逐时室外空气的平均温度进行分析,并结合空气源热泵的运行特性、建筑供暖负荷规律和人们的用能规律,提出了一种相变蓄热型空气源热泵系统,实现了通过日蓄、夜释的方式弥补低温时段空气源热泵供热能力不足的目的。文章设计了新型翅片管式相变蓄热器,开展了相变蓄热型空气源热泵系统蓄、释热特性实验。实验结果表明:翅片管式相变蓄热器蓄热时,相变蓄热材料温度分布均匀,空气源热泵的冷凝温度与相变蓄热材料之间的温度差为1.1℃,这有利于降低空气源热泵冷凝温度、提高空气源热泵性能系数;翅片管式相变蓄热器释热时,相变蓄热器入口水温对释热速度具有重要影响。同时,对相变蓄热型空气源热泵系统的蓄热能效进行分析,得到了相变蓄热型空气源热泵系统供暖节能运行温度条件。     

太阳入射热流对吸热器换热的影响

空间太阳能热动力发电系统是非常有前景的未来空间能源供应系统。吸热器的入射热流分布将影响到换热管的传热以及系统的寿命，采用焓法处理相变区的传热，建立了太阳能热动力发电系统吸势器换热管三维换热模型，计算得到在轨道周期内对应三种入射热流的换热管的温度场、工质的出口温度变化、相变材料熔化率等重要的结果，并进行了比较、分析。     

Thermal performance analysis for a heat receiver using multiple phase change materials

To solve the problems associated with employing the single melt point phase change material in a heat receiver for the NASA 2 kW solar dynamic power system, this paper presents a practically easy to carry-out PCM receiver model composed of three different phase change temperature materials together with the corresponding physical model. A numerical solution is also given by which the maximal temperature for heat transfer, working fluid exit temperature, and liquid PCM fraction of the total heat transfer tube in whole are calculated. Furthermore, the results are compared with those obtained from the single PCM heat receiver. The results show that it is possible to improve the receiver performance and to reduce both the fluctuation of working fluid temperature and the weight of the heat receiver. All results of the calculation can be used to guide the heat receiver design.     

高温相变材料Al-Si合金选择及其与金属容器相容性实验研究

对高温相变材料铝硅合金的相变温度和潜热进行了分析测定,研究了其热稳定性,并对此类相变材料与金属容器的相容性进行了实验研究。实验结果表明,相变材料AlSi12相变温度适中而潜热大,可作为蓄热介质来储存太阳能；温度对AlSi12与不锈钢材料之间的扩散渗透影响显著。     

Energy analysis of space solar dynamic heat receivers

Energy analysis of space solar dynamic heat receivers employing solid–liquid phase change storage is developed. The heat receiver is a critical component of a solar dynamic system. Phase change thermal energy storage is used in the heat receiver. The energy analysis presented here can be used to understand the energy transfer in the heat receiver and thermal energy storage in phase change materials (PCM). The heat receiver cavity radiation mathematical model and the working fluid tube heat model are established. Energy loss, energy absorbed by gas, the latent and sensible thermal energy storage in PCM, maximum tube temperature, gas outlet temperature and liquid PCM fraction were calculated. The results are analyzed and could be used in heat receiver design.     

利用单水浴法测量相变贮热材料及其构件的贮热能力

发展了一种用于测量相变贮热材料及其构件贮热能力的单水浴法。这种方法使用一个其中盛有一定量水的恒温水浴，将水温从T1均匀加热到T2,利用热流片测出通过水浴各壁面的热损，用消耗的电能扣除热损后即得到加热水所消耗的电能Qw；之后将待测相变材料或其构件浸没在水中，将水浴温度调到T1,并从该温度均匀加热到T2，同时利用热流片测出通过水浴各壁面的热损，消耗的总电能扣除相应的热损后即得加热水和相变材料或其构件所消耗的电能Qw＋pom;Qw＋pom减去Qw即为相奕材料或其构件从温度T1升高到T2所吸收的热能，即相变材料或其构件在温度区间[T1，T2]上的贮热能力。利用该方法对一种定形相变材料的贮热能力的测试结果与DSC分析的结果相差不到2％，还利用该方法对颗粒状定形相变材料与混凝土共混成型的贮热构件的贮热能力进行了测试。     

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。     

辛酸/月桂酸作为相变蓄冷材料的热性能研究

利用差示扫描量热法和低温显微技术研究辛酸、月桂酸及其二元系统的热性能,建立辛酸/月桂酸二元系统相图。实验结果表明:辛酸/月桂酸二元系统的相图较复杂,辛酸质量分数较低时发生转熔,转熔温度约为14℃,转熔点相应的辛酸质量分数为60%;辛酸质量分数较高时发生共晶,共晶熔融温度为7.44℃,相变潜热为136.43J/g,共晶点相应的辛酸质量分数为80%,该共晶熔融温度适合于空调蓄冷。辛酸/月桂酸共晶混合物经过60次、120次冻熔循环后,其共晶熔融温度、熔融热、比热未发生明显变化,具有较好的热稳定性,可用作相变蓄冷材料。     

Preparation and characterization of building mortar with lauric acid-stearic acid/expanded vermiculite composite phase change material

以改性膨胀蛭石为吸附材料,以月桂酸和硬脂酸为相变材料,通过熔融共混法与真空吸附法制备定型复合相变材料,然后将其掺入砂浆中制备得到蓄热砂浆。结果表明：复合相变材料经过1000次循环后相变焓为167.6 kJ/kg,变化率仅为3.6%,热稳定性良好,无渗漏现象,掺入30%体积含量复合相变材料的砂浆28 d强度为9.2 MPa。掺有该定型相变材料的蓄热砂浆具有优异的热力学性能,完全可以应用于建筑物围护结构来调节室内温度。