掺杂对定形相变材料导热系数的影响

通过在定形相变材料中加添加剂改进定形相变材料的导热系数，用热针法对改性后的试样进行了测量，对添加剂种类和含量对定形相变材料导热系数的影响进行了定量分析。实验结果表明，石墨添加剂可以显著提高定形相变材料的导热系数。通过对实验数据的拟合，得到了石墨添加质量分数与材料有效导热系数问的拟合公式。     

Influence of 2-D nanofillers on the thermal conductivity of composite PCMs

为了探究两种不同二维纳米填料对复合相变材料导热系数的影响,分别制备了以石墨烯纳米片和六方氮化硼纳米片为填料的石蜡基复合相变材料.采用瞬态平面热源法在20 ℃时测量了不同添加量下复合相变材料的导热系数.结果显示,石蜡基复合相变材料的导热系数随纳米填料添加量近似线性增长;六方氮化硼纳米片对复合相变材料导热系数的提升远低于石墨烯纳米片.此外,利用基于有效介质模型的预测公式与试验值进行了比较,计算发现形状,大小和导热系数相近的两种纳米材料,六方氮化硼纳米片的界面热阻却高出石墨烯纳米片两个数量级,是后者具有更显著强化效果的原因之一.     

纳米金属/石蜡复合相变蓄热材料的实验研究

以石蜡为相变材料基体、纳米金属铜、镍、铝、铁和锌为导热增强剂、油酸为分散剂,采用超声波震荡法制备纳米金属/石蜡复合相变蓄热材料体系。通过复合蓄热体系的步冷曲线分析,结果显示纳米铁为有效导热增强剂。对不同质量分数纳米铁/石蜡复合相变蓄热体系进行DSC和导热系数测试分析,结果表明:随着纳米铁质量分数的增加,复合材料的导热系数逐渐增大,相变潜热值逐渐降低,相变温度变化不大;纳米铁质量分数为0.1%时,复合材料的固态导热系数可增大2.8倍,相变潜热值下降1.1%。     

新型定形板状相变材料的蓄/放热特性

对填充了新型定形板状相变材料的蓄热槽的蓄／放热特性进行了数值计算分析和实验比较。根据数值计算，对影响蓄热槽蓄／放热特性的主要因素——相变材料的几何尺寸、相变材料的导热系数、流体流速、对流放热系数、相变材料填充率等的影响规律进行了分析研究，计算出了蓄热槽内温度分布随时间的变化；并在实验台上测试了蓄热槽初始温度、流人和流出蓄热槽流体温度、作为蓄热体的相变材料测点温度随时间的变化，计算结果与实验结果具有较好的一致性。     

基于石墨烯气凝胶的定形相变材料储热性能研究

使用石墨烯气凝胶(graphene aerogel,GA)为导热骨架,十六醇作为相变材料,制备出一种用以储热的定形相变材料。利用FITR、XRD、SEM、激光闪光法和DSC等手段对样品的微观形貌、化学结构以关键热物性进行了表征,同时也测试了样品实际吸/放热的速率。结果表明,GA的多孔结构可以有效防止相变材料的泄露。同时,高导热的石墨烯在相变材料中建立起额外的导热通路,使得样品的导热系数提高了20%。重复吸放热50次后发现,样品的融化/凝固焓并没有因为GA的加入明显下降,分别为229.2和229.5kJ/kg。吸/放热温度曲线表明,在以导热为主的传热过程中,拥有更高导热系数的定形相变材料比纯十六醇具有更快的融化/凝固速率。而在自然对流为主的传热过程中,由于GA较强的毛细作用,十六醇的流动性被削弱,定形相变材料的融化/凝固速率低于纯十六醇。     

Paraffin based composite phase change materials for thermal energy storage: Thermal conductivity enhancement

为提高石蜡作为固-液相变储热材料的导热性能,在石蜡(PW)中掺加高导热系数的碳纳米管(CNTs),制备了碳纳米管-石蜡复合相变材料(PW-CNTs).为进一步增强PW-CNTs的传热性能,通过内置金属网结构,利用金属网的高导热性,加快PW-CNTs作为相变材料的充放热速率.测试了PW-CNTs的熔点和相变潜热,导热系数以及置入金属网前后的充放热时间.结果显示,PW-CNTs的导热系数较石蜡得到显著提高,其中掺加10%(质量分数)CNTs的复合材料的固态,液态导热系数平均分别提高31.4%,40.2%.置入金属网结构后,PW-CNTs的充放热时间至少分别缩短了40.3%和30.2%.此外,碳纳米管在石蜡中易发生团聚沉积,针对这一特点,对PW-CNTs进行了多次热循环,研究了热循环对PW-CNTs导热系数的影响.     

墙体储能用定形相变石蜡储热性能的实验研究

实验配制并研究了以高密度聚乙烯为支撑材料的定形相变石蜡.所使用的石蜡为由液体石蜡分别与46#石蜡、48#石蜡配制的两种适于墙体中使用低熔点混合物,相变温度分别为26.6、25.5℃,相变潜热较大.利用DSC实验研究了两种石蜡混合物分别与高密度聚乙烯按40%～90%比例配制成的定形相变材料的相变温度、相变潜热、均匀性和稳定性.定形相变材料在低温区的相变温度与石蜡的相变温度基本一致,在26～28℃之间,定形材料相变潜热近似等于石蜡的相变潜热与石蜡百分含量的乘积.定形相变材料中石蜡的最佳含量为70%,此时相变潜热约为100J/g.     

带有空穴子模型的石墨烯气凝胶复合相变材料导热系数的分形研究

在分形理论的基础上,确定了基于石墨烯气凝胶(graphene aerogel,GA)骨架复合相变材料的分形维数,并基于改进的Sierpinski地毯建立了带有空穴的导热系数预测模型。预测结果表明,对于基于GA骨架的复合相变材料,在所制得的材料孔隙率为0.7的条件下,无论空穴尺寸如何,均可将导热系数从相变材料本身的0.250 W/(m·K)提升至10.900 W/(m·K),增长幅度达40倍以上。结果显示,复合相变材料的导热系数随着孔隙率的减小而增加,且在低孔隙率下,导热系数随空穴尺寸的减小而增加。     

石蜡基碳纳米管复合相变材料的热物性研究

以多壁碳纳米管为填料,制备了不同质量分数(1%～5%)的石蜡基纳米复合相变材料。采用差示扫描量热技术对所制备复合相变材料的相变特性进行了表征,其导热性能则通过瞬态热线法导热仪进行了测量。实验结果发现,虽然复合相变材料的相变温度几乎不变,但其相变焓则随碳纳米管的加载量的增加而近似线性下降。在质量分数为5%时,相变焓较纯石蜡下降了约15%。复合相变材料的导热系数大致随温度的升高而降低,而在30和50℃时分别由于固固和固液相变的作用,导热系数测量值出现了较大程度的突增。此外,导热系数随质量分数呈线性增长的趋势,在质量分数为5%时,最大的相对提升率接近40%,展现了良好的导热强化效果。     

含湿非饱和多孔介质的完全分形传热研究

为了探究在含湿情况下多孔介质有效导热率的变化,基于分形理论,考虑多孔介质在含湿时加热过程中相变的影响,结合加热过程中的热量守恒方程和傅里叶导热定律推导出计算有效导热率的新公式。将该模型相关数据代入进行计算,分析了孔隙率、含湿率、面积分形维数和迂曲分形维数对有效导热率的影响。研究发现,孔隙率与有效导热率呈负相关,含湿率与有效导热率呈正相关,分形维数与有效导热率呈负相关。该研究能够反映多孔介质内的传热进程,对于探究微孔结构物质的传热具有一定的指导意义。     

具有自由表面的固_液相变的数值模拟与实验研究

通过对相变现象的分析,建立了VOF(Volume-of-Fluid)模型与焓?多孔介质模型的耦合计算模型,利用该模型模拟出石蜡相变过程中的相互关联的多种物理现象,其中包括固体石蜡中的导热、液体石蜡中的导热与自然对流、相界面移动以及相变材料在相变过程中的体积变化等。计算结果表明,石蜡内部的自然对流在石蜡的融化过程中起到非常重要的作用。在自然对流的旺盛期,石蜡的最大融化速率为每秒0.002 005%;同时,融化过程对自然对流也有影响,液体石蜡中的流速在融化150 s左右达到最大值(6.08×10-3m/s)。石蜡在整个融化过程中体积膨胀了近10%。利用石蜡相变过程的可视化实验来验证数值模拟的准确性,结果表明,该数学模型可以较真实地、较完整地反映出石蜡相变过程中的各方面特征。     

石蜡/膨胀石墨复合相变储热材料的研究

以膨胀石墨为基体,石蜡为相变储热介质,利用膨胀石墨对石蜡良好的吸附性能,制备出了石蜡／膨胀 石墨复合相变储热材料。由于毛细作用力和表面张力的作用,石蜡在固-液相变时,很难从膨胀石墨的微孔中渗 透出来。实验结果表明,石蜡/膨胀石墨复合相变储热材料没有改变膨胀石墨的结构和石蜡的固-液相变温度, 且其结合了石墨高的导热系数和石蜡大的相变潜热,因而储热密度较高,导热性能好。其相变潜热与对应质量 分率下的石蜡相当,储/放热时间比石蜡明显减少。     

谷电利用复合石蜡蓄热材料的制备及供暖墙体构造实验

针对石蜡作为相变蓄热材料导热性能差、供热能力不足的问题,向石蜡中添加膨胀石墨(EG)制备导热性能增强的复合相变材料(PCM),探讨EG与石蜡的配比对复合PCM热性能的影响.测试结果表明,当EG质量分数达到12％时,复合PCM的导热系数提升至纯石蜡的12倍,相变潜热从纯石蜡的190.8 J/g减小至152.1 J/g,相...     

泡沫铁/石蜡复合相变储能材料放热过程及其热量传递规律CSCD

石蜡作为相变储能材料具有储能密度大的优势,但其导热率较低。以石蜡作为相变储能材料、金属泡沫铁作为导热增强材料,通过对泡沫铁/石蜡复合相变储能材料的制备及其放热过程测试,探究了两种厚度金属泡沫铁对石蜡放热过程的强化作用和传热过程。结果表明,泡沫铁能缩短石蜡放热时间,提高放热效率。相比对照组,厚10 mm和15 mm的泡沫铁/石蜡复合相变储能材料相变时间分别缩短了1/3和1/4,相变放热密度分别减小了1.60%和3.26%,两者的相变放热速率是相应对照组的1.44和1.27倍。同时,还对15 mm泡沫铁/石蜡复合相变储能材料放热过程中,对流换热系数与相变时间和材料温度的关系分别进行了模拟,得到相应的理论公式,该公式所求得的模拟值与实际值较接近,可用于预测不同放热时间或材料温度下复合相变储能材料的换热能力。     

基于分形理论超轻中空二次粒子纤维壁的有效导热系数计算方法

利用分形理论描述硬硅钙石超轻中空二次粒子纤维壁的微尺度空间结构,建立了分形单元体导热模型,采用等效电阻方法,推导出了超轻中空二次粒子纤维壁的有效导热系数计算公式,同时探讨了温度、孔隙率、分形维数等因素对材料有效导热系数的影响规律。     

水平管壳式相变蓄热装置的强化传热研究

基于焓法模型对水平管壳式相变蓄热装置热性能的增强进行研究,首先分析蓄热过程中传统管壳式装置内材料的传热及流动机理;然后引入椭圆元素并对比椭圆内管及外壳的强化传热效果;最后对热源温度、相变材料导热系数及初始温度对装置热性能的作用规律进行探讨。结果显示,椭圆外壳的强化传热效果优于内管,同等条件下,长短轴之比为2的椭圆外壳可使蓄热时间缩短53.5%。热源温度升高,椭圆外壳的强化传热效果进一步增强,相变材料的导热系数及初始温度对装置热性能的影响较小。     

基于泡沫铜/石蜡的动力电池散热性能研究

石蜡作为一种相变材料具有稳定性好、成本低廉等优点,但是其缺点是导热系数较低。利用泡沫铜的多孔结构,将石蜡压入泡沫铜的孔隙中作为相变材料的本体,在此结构中,泡沫铜不仅发挥了多孔连续框架的优势,而且作为强化传热骨架,结合了石蜡相变吸热的性质,在一定程度上弥补了石蜡导热系数较低的不足。实验对电池和电池模块进行不同工况、不同放电倍率的测试,比较各工况下单体电池及电池模块温度分布情况,可以得出泡沫铜/石蜡相变材料冷却系统中动力电池的散热效果非常明显。     

光学热带法测量固态材料热物性研究

针对接触式瞬态热带法测量导热系数时,加热丝和样品间接触热阻,会影响实验测量结果以及对固体样品形状大小要求较高的现状,根据瞬态热带法原理,本文提出了一种光学瞬态热带法来测量固体材料的导热系数。采用连续激光为加热源,通过透镜将光斑放大并聚焦照射在样品表面,实现样品非接触式测量。构建二维导热模型,采用红外热像仪记录样品表面温升随时间的变化关系,根据导热理论模型求出待测样品的热扩散系数及导热系数。以K9和石英玻璃为样品对本套测量方法进行验证,制备并测量了纯石蜡、0.5%和1%石墨烯-石蜡的固态复合相变材料的导热系数,探讨了影响实验结果的潜在因素。     

纳米粒子与石蜡乳状液复合多相功能热流体的制备与性能

以石蜡乳状液为分散介质,纳米Cu粒子为导热介质,采用相转化乳化法制备了纳米Cu/石蜡复合相变乳状液,研究了纳米Cu粒子对复合相变乳状液的稳定性、流变性、导热性和热循环稳定性的影响。研究结果表明：纳米Cu/石蜡乳状液的密度、粘度和导热系数均随纳米Cu含量的增大而增大,密度变化不太明显,而导热系数则明显提高,当纳米Cu粒子含量为0.05 wt%时,复合相变乳状液的导热系数比纯石蜡乳状液提高了161.96%。由于纳米Cu粒子的添加显著增加了Cu/石蜡乳状液的导热性能,Cu/石蜡乳状液在固−液相变热循环过程中的温度平台表现不明显,但其热循环稳定性很好。     

铝/石蜡复合相变材料蓄热性能的数值模拟

相变储能材料由于其具有周期性储存和释放能量的特点,在电池热管理、太阳能发电等领域存在着广泛的应用。然而由于导热系数低的原因限制了其进一步的应用。高导热率泡沫材料的添加为解决这一不足提供了一种有效的方法。文章采用三周期性极小曲面（TPMS）生成泡沫铝骨架,基于孔隙尺度数值模拟了铝/石蜡复合相变材料相变蓄热的变化规律。结果表明：铝骨架的添加强化了蓄热,缩短了融化时间,在复合相变材料孔隙率为0.90、0.85、0.80时,相比于纯石蜡,完全融化时复合相变材料的融化时长分别缩短了68％、75％和80％,而且蓄热过程中温度场更加均匀;验证了铝骨架与石蜡之间由于热导率存在较大的差异,存在的热非平衡效应,且铝/石蜡复合相变材料孔隙率越低,此效应越明显