一种混凝土太阳能蓄能炕的热性能试验研究

设计了一种蓄热层为混凝土的太阳能蓄能炕系统,实验研究了各个测试位置的温度参数,一方面,从炕面平均温度、炕面升温速度、炕面降温速度和炕面温度标准差等4个角度出发与传统火炕进行了热特性对比分析,并计算了使用太阳能炕后单位面积污染物的减排量。另一方面,结合经济性进一步对比分析了混凝土炕与混凝土复合炕和石蜡炕的供热特性。实验结果表明:混凝土蓄能炕与混凝土复合炕和石蜡炕相比供热效果稍显不足,但是其系统初投资低,供热效果相比较传统火炕优势明显,其炕面温度分布均匀,炕面平均温度提高了10℃,起到了改善冬季室内环境的作用。     

新型相变储能床的设计及性能分析

本文针对传统火炕烟气污染环境、炕面温差大和炕面温度不均等弊端设计了一种新型相变储能床。通过搭建实验台,测试数据,对相变床的环保性、安全性和热工性能进行了分析研究,并和传统火炕进行对比。根据一天当中床面温度的不同,试验中把床面温度变化分为升温、第一次热稳定、降温和第二次热稳定4个阶段进行研究。研究参数包括:各阶段床面平均温度、平均升温速度、平均降温速度和温度不均度等。结果表明:相变储能床各阶段平均温度为35.19℃、37.37℃、32.31℃、28.08℃,均满足人体舒适性要求。平均升温速度为3.36℃/h,平均降温速度为0.55℃/h,相比于传统火炕加快了升温,减缓了降温,保温效果显著。相变床各个阶段的温度不均度最大为0.83℃,有效改善了火炕温度不均的问题。     

太阳能辅热相变蓄能火炕供暖系统实验研究

将相变蓄能和毛细管网型太阳能供热2种技术同时运用在火炕上,通过实验研究相变蓄能材料和太阳能毛细管网低温热水联合辅助供暖时对室内温度和舒适性的影响,得出采用该系统的房间炕头、炕中、炕尾的平均温度分别为40.96℃、39.06℃、37.52℃,温差最大处仅为3℃;普通房间炕头、炕中、炕尾的平均温度分别为65.7℃、43.28℃、39.82℃,温差大于20℃,夜间炕面温度下降阶段,铺有相变材料的炕面温度下降缓慢,在0:00~7:00之间均高于普通火炕炕面温度,优势明显。新模式下的房间白天室内平均温度比普通房间提高10.83℃,夜间比普通房间高7.21℃,大大改善了农居室内及炕面的舒适性。     

供热方式对相变蓄能炕热性能的影响

在相同工况下设置不同的供水温度对毛细管网相变蓄能炕和不锈钢盘管相变蓄能炕进行对比试验,分析供热方式对相变蓄能炕的热性能影响及不同供热方式下的最佳供水温度。结果表明毛细管网相变蓄能炕的最佳供水温度比不锈钢盘管相变蓄能炕的最佳供水温度低5℃,说明毛细管网传热效果好,热量利用率高,相比不锈钢盘管相变蓄能炕的热稳定性高,购置成本和维修成本较低,经济性更好。     

含不同结构金属骨架石蜡相变传热数值模拟

分别将2种三维金属骨架(面中心法金属骨架,圆柱交叉金属骨架)加入纯相变材料(石蜡)制备复合相变材料1,2。采用数值模拟方法,模拟相变传热过程,分析加热过程纯相变材料,复合相变材料的温度变化,液相率变化,速度场分布。容纳石蜡的方腔长×宽×高为5 cm×2 cm×5 cm,方腔左壁面为加热面,温度为65℃,其他壁面绝热。纯相变材料,复合相变材料的初始温度均为25℃。相同加热时间,复合相变材料的平均温度明显高于纯相变材料。对于纯相变材料,热量向方腔右侧壁面传递缓慢,加入金属骨架可加速热量向方腔右侧壁面传递。相同加热时间,复合相变材料的液相率明显高于纯相变材料。在加热初期,复合相变材料1液相率更高,添加面中心法金属骨架更有利于加速相变蓄热。纯相变材料内部传热由导热和自然对流传热共同作用形成。复合相变材料内部的传热也是由导热与自然对流传热共同作用形成。相同加热时间,复合相变材料1的液相区域要大于复合相变材料2,且相变更加均匀。对于纯相变材料,熔化过程中,石蜡的流动主要集中在加热面附近及左上角,角化现象明显。对于复合相变材料,在接近完全熔化及完全熔化状态,固态石蜡基本熔化完成,方腔内液态石蜡温度基本趋于一致,自然对流强度减弱,复合相变材料1,2内石蜡的流动并不明显。与复合相变材料2相比,复合相变材料1的速度场分布更加均匀。面中心法金属骨架的综合性能更优,适合作为相变材料的强化传热金属骨架。     

复合相变蓄能屋顶的制备及性能研究

以石蜡和膨胀珍珠岩为原材料,采用真空吸附原理制备了复合相变颗粒(膨胀珍珠岩/石蜡),对其进行了SEM分析、FTIR分析、DSC分析、TG分析,并进行了导热系数的测定与分析。采用模压定型法制备了复合相变板材,将其与屋顶结合制成了复合相变蓄能屋顶,对其进行了实际应用测试。结果表明:石蜡和膨胀珍珠岩靠分子间作用力进行物理上的嵌合,复合相变颗粒保持了石蜡高相变焓值的热物性,且具有较高的热稳定性。复合相变蓄能屋顶具有良好的蓄能效果,表现出较高的热惰性,能够维持室内温度在较小范围内波动。     

不同结构金属翅片对石蜡相变传热的影响

分别将两种金属翅片(翅片1、翅片2)加入纯相变材料(石蜡),制备复合相变材料1、复合相变材料2。容纳石蜡的方腔长×宽×高为20 mm×10 mm×20 mm,翅片1的长×宽×高为15 mm×10 mm×1 mm,翅片2是在翅片1的基础上增加6个直径为3 mm通孔,金属翅片设置在方腔内部,垂直于左壁面平行布置。石蜡的初始温度为298.15 K,相变开始之前石蜡为固态。方腔左壁面为加热面,温度恒定为338.15 K,其余各面为绝热面。采用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟方腔内石蜡的相变过程,分析加热过程中纯相变材料、复合相变材料的液相率分布、液相率随时间变化、速度场分布。纯相变材料内,在导热和对流换热的共同作用下,石蜡从左上角开始熔化直至右下角石蜡完全熔化。方腔内金属翅片的加入可改善熔化过程的均匀性,缩短了熔化时间。纯相变材料、复合相变材料1、复合相变材料2石蜡完全熔化时间分别为302、106、90 s,复合相变材料1、2比纯相变材料完全熔化时间缩短了约64%、70%,复合相变材料2比复合相变材料1完全熔化时间缩短了约15%。在石蜡熔化初期,主要以导热为主,复合相变材料...     

含穿孔翅片腔体中石蜡相变传热特性研究

由于相变材料传热性能差，添加翅片可以改善其传热性能。本文采用数值模拟方法研究了在石蜡中添加交叉翅片骨架的复合相变材料的热性能，分析了复合相变材料的温度变化、熔化过程和骨架在不同方向穿孔及大小对复合相变材料热行为的影响。结果表明，横小纵大穿孔骨架对复合相变材料热性能提升显著，在节约材料的同时，增加了方腔蓄热量，与纯石蜡相比，复合相变材料的熔化时间缩短了56%。交叉穿孔翅片方腔中表现为大环流伴随小环流的流动特征，铝骨架与石蜡温度特征点处会出现沉积现象，造成温度波动。     

石蜡蓄热太阳能炕在北方农村住宅中的应用

本文针对北方农村地区的生活习惯设计了一套采用石蜡蓄热的太阳能采暖炕系统,不仅很好的利用太阳能这种清洁能源解决了炕的采暖问题,还可以在夏季提供部分生活热水。该太阳能炕系统中封装的石蜡由于其良好相变特性和较高的相变潜热,冬季供暖时段白天可在太阳能炕中续存一定的热量,晚上利用相变潜热释放的热量有效保证炕面温度,达到节能和提高舒适性的目的。对实际搭建的太阳能炕系统进行四个连续周期的测量表明,太阳辐照良好的情况下太阳能炕面平均温度可保证30~40℃的人体舒适性温度,具有很好的实际使用价值。     

夹心泡沫铝板的抗弯性能研究

为了进一步提高泡沫铝板的力学性能,通过采用铝板、铝合金板、玄武岩纤维布、碳纤维布等材料进行双面粘接复合处理。结果表明表面经过粘贴金属板材或纤维布复合处理后的泡沫铝板材抗弯强度大幅度提高:在泡沫铝两面粘贴1.0 mm普通铝板后,泡沫铝复合板的抗弯强度能够提高一倍,而且当粘贴金属板材的性能越好时,泡沫铝复合板的抗弯强度提高的幅度就越大;碳纤维布的饰面增强效果明显大于金属板,16 mm泡沫铝两面各粘贴4层、5层碳纤维布时,抗弯强度分别达到281.5 MPa、321.4 MPa,增幅分别达到282%和337%。     

脂肪酸和石蜡复合相变材料导热系数的研究

制备了23种石蜡、脂肪酸及石蜡-脂肪酸复合相变材料,测试了不同摩尔比下同种相变材料以及复合相变材料在不同测试温度下的导热系数。结果表明:同类相变材料的导热系数与相变温度成反比;对某一种相变材料,当其处于未发生相变的纯固态或纯液态时,导热系数基本稳定,试样温度变化对导热系数的影响不大;在经历500次储能/释能循环试验后,二元脂肪酸及工业石蜡-脂肪酸复合相变材料的导热系数随循环次数的增加略有降低,但降低率均在10%以下,有机复合相变材料具有良好的循环稳定性。     

纳米石墨改性二元石蜡/陶粒复合相变材料制备与热性能研究

工业级高潜热相变石蜡存在高熔点、低导热和易泄漏的问题。为此本文采用熔融共混法和真空吸附法制成熔点为25～50℃的新型二元石蜡/陶粒复合相变材料,并对其进行了纳米石墨的改性研究,采用温度记录仪、DSC、XRD、SEM等手段对相变材料的热物性和微观结构进行测试分析。结果表明：当固体石蜡质量分数为50%,二元石蜡有最低相变温度25.5℃,相变潜热为97.66 J/g,是1种良好的低成本相变储能材料。掺入1%的纳米石墨时,样品的导热性增强,储放热速率加快。当改性二元石蜡与陶粒质量比为3∶7时复合相变材料表现出良好的热稳定性。苯丙乳液+氮化铝对复合相变材料进行二次封装,有效的减少其泄漏,经历了(-10)～60℃500次加热/冷却循环后,样品仍具有良好的传热储热性能,表明纳米石墨改性二元石蜡/陶粒定型效果较好,减少能源消耗,运用到日光温室与建筑领域有很大的意义。     

石蜡-膨胀珍珠岩复合相变材料研究

以石蜡熔合膨胀珍珠岩制备复合相变材料,对复合相变材料的容留量、渗透性以及耐久性进行了研究.研究结果表明,石蜡-膨胀珍珠岩复合相变材料耐久稳定性良好.容留量结果表明浸渍时间为2 h,浸渍温度为50 ℃时,石蜡与膨胀珍珠岩融合较好.     

石蜡为介质的一体化太阳能热泵热水器实验研究

本文提出了1种新型蓄能型一体化太阳能热泵热水器系统(SHPWHICSE),搭建了实验测试装置。在南京地区春季典型工况下,对集热/蓄能/蒸发一体化太阳能热泵热水器系统充灌蓄能材料石蜡前后的蓄能特性进行了实验研究。结果表明:充灌相变材料石蜡后,相变材料通过固-液相变储存足够的太阳能,SHPWHICSE系统可保证在1天中任意时刻启动。采用石蜡为蓄能介质的一体化太阳能热泵热水器系统的COP和得热效率均高于未充灌相变材料的系统。太阳辐射强度的不稳定波动对采用石蜡为蓄能介质的一体化太阳能热泵热水器系统得热效率的影响比其对未充灌相变材料的太阳能热泵热水器系统的影响小。     

复配石蜡/膨胀珍珠岩相变颗粒的热性能研究

通过固体石蜡与液体石蜡熔融混合复配制成低熔点相变石蜡,其中以固液比1:1制备的相变石蜡熔点为25.1℃,潜热为104.3kJ/kg.500次冷热相变循环后石蜡的热物性仅轻微衰减,热化学稳定性好.利用多孔膨胀珍珠岩吸附熔融石蜡可以制备石蜡,膨胀珍珠岩相变颗粒,其中石蜡:珍珠岩质量比为3.5:1.0的相变颗粒不团聚,石蜡含量最高为77.78%.通过SEM、FT-IR、DSC等表征手段测得:该相变颗粒熔点为25.6℃,潜热为80.3k/Ag,具有优良的热物性;相变颗粒仅仅是石蜡和膨胀珍珠岩的嵌合,可以加入到墙体材料中用于建筑节能.     

金属骨架结构对相变材料熔化过程的模拟研究

将金属骨架加入到纯相变材料(石蜡)制备复合相变材料，以纯相变材料、复合相变材料为研究对象，建立数学模型。采用有限元软件模拟相变材料的熔化过程。结果表明：均匀、x、y、z-复合相变材料完全熔化时间分别为460 s、660 s、460 s、470 s,减小x方向圆柱骨架半径可使完全熔化时间增加43%,减小y方向的圆柱骨架半径对完全熔化时间无影响，减小z方向圆柱骨架半径可使完全熔化时间增加2%。在相同时间内，复合相变材料的液相率明显高于纯相变材料，纯相变材料、均匀、xy-复合相变材料完全熔化时间分别为1 245 s、460 s、355 s,均匀、xy-复合相变材料的完全熔化时间分别比纯相变材料缩短了63.1%、71.5%。研究表明，金属骨架的加入可明显改善换热状况，xy-复合相变材料在强化换热方面优于均匀-复合相变材料。     

液化树脂封端复合相变材料的制备及性能

以竹材酚醇液化树脂为封端物,膨胀珍珠岩/石蜡复合相变材料为基材,制备复合相变材料,确定了竹材酚醇液化树脂最佳添加量,利用扫描电镜、红外光谱、DSC和TG分析等技术表征复合相变材料性能。结果表明:竹材酚醇液化树脂作为膨胀珍珠岩/石蜡复合相变材料的封端物,可以改善复合相变材料的热稳定性,当竹材酚醇液化树脂添加量为40%时,复合相变材料的热稳定性好,相变峰值温度为47.1℃,相变热焓为99.17 J/g,热耐久性得到明显的改善。     

石膏载体定形相变材料的制备及其热性能

制备了以石膏作载体、石蜡作相变材料的定形相变材料(复合石膏板)。实验证明表面活性剂硬脂酸钠可有效提高石膏板吸收石蜡的质量比,差示扫描量热结果显示复合定形相变材料中石蜡的相变温度、峰顶温度降低,相变吸热量与相变蜡在复合材料中的质量成正比。     

碳纳米管/石蜡复合相变材料的制备及对水泥净浆性能影响研究

以碳纳米管和石蜡为主要原料制备复合相变材料,将复合相变材料掺入水泥净浆中,研究其对水泥浆物理力学性能和调温性能的影响。结果表明,碳纳米管的加入使石蜡的导热系数和完全失重时的温度升高,相变温度和相变潜热降低,当碳纳米管直径为20~30 nm,掺量为6%时,复合相变材料具有良好的热性能。复合相变材料的掺入使水泥浆的调温性能得到明显改善,且掺量越多,升温曲线和降温曲线越平缓,对调温性能的改善效果越显著;掺入复合相变材料会降低水泥的力学性能,当掺量超过8%时,力学性能会出现较大程度的衰减。     

改性膨润土复合相变储能墙板制备及特性研究

通过CTAB对膨润土进行改性并与相变材料PCM复合,制备改性膨润土吸附相变材料,利用掺混法制备了改性复合相变材料含量分别为0、2%、5%、8%的储能墙板。通过模拟实验研究4种墙板的温度响应,并利用Matlab软件模拟墙板内部传热过程,分析不同时刻墙板内部各节点的温度分布。结果表明:改性复合相变材料含量越高,墙板的温度调节能力越明显,改性膨润土和相变材料的最佳复配比例为1∶1;在高温段,8%、5%、2%相变材料掺量的储能墙板平均温度比普通墙板分别降低了3.17、2.97、2.58℃。