高温井下测井仪分布式储热系统仿真

测井仪用于勘探深层地底下的油气资源,面临着200℃的高温环境。其内部的电子器件无法承受高温,需对其进行热管理。针对多热源测井仪,有学者提出了分布式储热系统并进行了实验探讨。但受限于实验条件,仅讨论了其中一种情况,不同井下温度,不同相变材料种类对该系统热管理效果的影响尚未探究。为解决这个问题,我们对测井仪分布式储热系统进行了仿真计算。结果表明,测井仪器在200℃下作业6 h后,相变材料的潜热利用率为96.7%,电路板的最高温度为146.5℃,可满足测井需求;环境漏热量随环境温度的升高而增长,但对电路板温升影响不大,仅为环境温升幅度的36%;对比了4种相变材料的热管理效果,发现伍德合金蓄热能力最强,控温效果最好。     

相变填充床熔盐斜温层储热系统梯级储热特性

本文建立了双层相变材料熔盐斜温层储热系统的传热储热数值模型，分析了相变材料熔点/位置/含量/比例对储热系统斜温层厚度、流固温差和有效热效率等参数的影响规律。结果表明，由于相变材料的存在，储热系统斜温层分为高温斜温层，低温斜温层和相变层，出口温度出现三个平台，储热系统形成热能梯级输出，使有效放热效率升高。相变材料位置直接影响储热系统性能，高熔点相变材料靠近出口，提高了中高温段放热量。下层填充物占罐体高度比为0.15时，有效放热效率比单层时提高3%～10%。     

多元低共熔材料热物性及电池热管理性能研究

多元共熔相变材料在储热及控温领域具有重要的应用价值,本文通过低共熔理论合成了三种多元共熔相变材料,CALA-MA-PA (CLMP),CA-LA-PA-SA (CLPS)和 CA-LA-TD (CLTD),相变温度分别为 13.47℃,13.47℃和 8.95℃,对应的相变潜热为137.67 J·g~(-1),142.44 J·g~(-1)和138.98 J·g~(-1)。此外,本文对合成的多元共熔相变材料的基本物性、导热系数以及热稳定进行研究,并利用电化学产热作为热源,对三种多元共熔相变材料的电池热管理性能进行了研究,结果表明,三种多元共熔相变材料均能达到理想的控温效果,降低温差,提高电池寿命及热安全性。     

柔性相变材料对铅酸电池组的高低温性能强化

针对铅酸电池组在高低温环境下性能衰减的问题,制备出相变温度为39.6℃,相变潜热为143.5 J/g的柔性相变材料(PCM),搭建了相变热管理系统,研究PCM对电池组的高低温充放电特性的影响。在-10℃充放电时,PCM可大幅提升电池组的温度,将部分测点温度提升至0℃以上。在40℃高温下,PCM可在充放电过程中显著降低电池组的温度,温度降幅最高为2.9℃。结果表明：PCM可降低高低温下电池的过放过充容量,柔性相变材料可显著提升电池组在高低温环境中的热特性和电特性。     

纳米组装相变储热材料的热设计前沿

本文简单回顾了固液相变储热材料发展历程,重点针对纳米多孔定形相变材料,从材料层面的研发设计,到热物理层面的微观限域空间负载、结晶、导热机理,乃至围绕异相/异质匹配提出的显著提升相变蓄传热性能的强化手段进行了总结.同时,指出了目前受制于单一尺度孔径无法兼顾储释热的密度和速率的现状,并探讨在此基础上借助新型多级尺度孔径的骨架材料以突破瓶颈的可能.最后,系统梳理了与之伴随的一系列亟待解决的科学问题、机遇和挑战.     

快速热响应复合材料的储/放热性能分析

以膨胀石墨为无机支撑材料、石蜡为有机相变材料,制备出高导热系数和储热密度的快速热响应复合材料,并构建传热性能测试系统对该复合材料的储/放热性能进行研究分析。研究结果表明,复合材料不仅能在熔融状态下保持形状稳定,而且显著提高了在储/放热过程的传热性能,从而有效地解决了传统相变材料高储热密度和低导热系数之间的矛盾。     

填充床显热及相变储热特性分析

储热技术是目前制约太阳能热发电等可再生能源大规模应用的主要瓶颈之一。本文开展了气体流过填充床储热/换热器的储热过程数值模拟,并通过实验数据验证了仿真结果。对比分析了以岩石、钢球和相变硝酸盐作为储热材料时的储热量、热分层、相间温差等特征以及储热—释热周期对热效率及(火用)效率的影响。结果表明,填充床储热方式存在最优储热时间以得到最高的储热效率,循环工作时储热填充床能够得到超过96%的热效率和88%的(火用)效率,因而填充床成为解决可再生能源储热问题的储热方式。     

利用相变储热提升电力系统可再生能源消纳

由于波动性和间歇性,可再生能源的大规模引入对电力系统灵活性提出了更高要求。然而目前以"以热定电"模式运行的热电联产厂在供热期的调节能力低,限制了电力系统灵活性,导致可再生能源消纳困难。本文针对一个含有风电厂的电-热综合能源系统,研究了一种应用相变储热装置提升热电联产系统灵活性的方法。基于(?)耗散热阻理论,将其热力子系统构建为热阻网络模型,进而将电-热综合能源系统构建为整体能量流模型,并依此对系统的调度策略进行了优化。结果显示:引入储热装置实现了用户热负荷与热电厂热出力的解耦,提高了系统灵活性;当热电联产机组的热电比保持恒定时,储热装置在日间(风电资源缺乏)时储热、在夜间(风电资源丰富)时放热,可使系统风电消纳达到最大。     

金属基复合高温相变储热材料制备与性能研究

本文以二元共晶碳酸盐(Li_2CO_3-K_2CO_3)为高温相变储热材料,泡沫金属铜为骨架基体,制备了具有高导热性能、高储热密度的金属基复合高温相变储热材料。对复合材料制备过程中泡沫金属的填埋方式等制备条件进行了优选,对相变材料的储热密度及导热系数进行了计算和测试,分析了泡沫铜孔密度、孔隙率等参数对材料性能的影响规律。结果表明:40 PPI泡沫金属在相变材料中的最佳填埋方式为中埋法,35 PPI泡沫金属的最佳填埋方式为底埋法。使用孔隙率在95%左右的泡沫铜,可使相变材料导热系数提高3~4倍,同时保证了复合相变材料具有较高的储热密度。     

金属相变储热材料的量热研究

一、引言 当进行中高温热能储存时,可采用金属作相变储存热能材料。潜热、比热等热物性参数,是评价和筛选金属相变储热材料的主要技术指标之一。优先考虑使用的金属相变储热材料是铝及其合金。然而,即使是纯铝,在文献[1][2][3][4]报道中,其比热和潜热值也有很大的差异。纯铝的固态比热c_p从0.92到1.29kJ/kg.K;潜热△H_f从342到405kJ/kg。用DSC法(Differential Scanning Colorimetery)和差热分析法对某些金属     

管壳式相变蓄热系统性能实验研究

相变蓄热(LHTES)系统利用相变材料(PCM)的潜热可有效地提高系统的储热能力。通常,PCM的导热系数低,使LHTES系统的应用受到了限制。本文通过向十五烷中添加膨胀石墨提高导热系数,分别采用纯十五烷和含有质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷,在不同水流量下,对管壳式LHTES系统的储热特性进行了实验研究。实验结果发现:当储能介质为质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷时,放冷过程中有效储热系数和相对储热率在Re=4298时出现明显峰值,换热效率与储热能力达到相对平衡。并且,当Re=4298,采用含有质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷与纯十五烷相比,系统的有效储热系数可最高提升336.84%。     

(火积)耗散原理在相变储热过程优化中的应用

为了强化相变储热单元的储热性能,基于(火积)耗散原理,数值分析了相变材料的熔点对储热单元的储热速率、(火积)耗散率及储热品质的影响。结果表明:对于单级相变储热单元,相变材料熔点越低,相变储热过程的传热速率就越高,而对应的(火积)耗散率就越大,储存热量的品质也越低。证明了(火积)耗散原理用于相变储热过程优化的可行性。对于两级相变储热单元的分析结果表明,合理的匹配两级相变材料的熔点,可以实现储热速率高于单一相变材料,且传热过程的不可逆性((火积)耗散率)低于单一相变材料。可见,多级相变材料的合理匹配,可以同时提高储热速率、降低储热过程的不可逆性。     

复杂构型前缘疏导热防护技术

针对前缘驻点区热流密度高、热流梯度大的特点，基于疏导式热防护思想，研制了一体化疏导式热防护前缘结构.根据力热承载要求，设计了一体化薄壁结构方案，内部充装碱金属工质，在气动加热条件下形成工质相变及输运的热管式闭式循环，实现驻点区热量的快速疏散.通过结构封装、热管充装等工艺流程，实现结构样件，最终通过了飞行试验验证.结果表明，疏导结构启动时间约为94.5 s，疏导效率达到23.4%.      

低频热驱动气–液耦合热声制冷系统数值模拟研究

提出了一种低频热驱动气–液耦合热声制冷系统,通过数值模拟优化了该系统的结构参数并对其热力性能进行了数值模拟分析。首先,分别对系统关键参数的沿程分布和各部件的?损失进行了分析;然后,探究了不同压力下液体质量对系统热力学参数的影响;最后,与传统热声制冷系统进行了对比。结果表明,气液耦合热声制冷系统可以有效地提升系统的压比、制冷量、COP和相对卡诺效率,降低系统的起振温度和频率。在加热温度300℃,制冷温度15℃,环境温度50℃,平均压力10 MPa时,气液耦合热声制冷系统制冷量为31.12 k W,是传统热声系统理论值的4倍,COP和相对卡诺效率相对于传统热声制冷系统的理论值分别提升了13%和25.9%。     

基于跨临界循环的卡诺电池储能系统构型优化

卡诺电池是一种新兴有前景可实现大规模储能的技术。本文基于跨临界CO2循环的卡诺电池储能系统,首先根据储热介质和有无回热情况,设计了 6种系统构型,并对其热力参数进行优化;之后,从热-经济学的角度开展了对比分析,获得了最优系统构型。结果表明:带回热后的卡诺电池系统比无回热系统综合效率有所提高;其中使用菜籽油时获得最高综合效率(75.28%)和储能密度(36.61 kWh·m~(-3)),且比无回热的系统分别增大了 36.67%和25.68 kWh·m~(-3)。6种卡诺电池系统构型的总投资成本在(11.5～36.3)×10~6 USD,单位能量的投资成本在954～3028 USD.kW~(-1)·h~(-1);换热器成本占比最高可达54%,储热罐的成本占比最高可达14%,膨胀机和压缩机成本占比分别在18%～31%和14%～26%之间;对比来看,使用导热油并加入回热的卡诺电池系统经济性最好。     

浅谈现代防雷技术措施

根据闪电的电磁脉冲辐射(LEMP)对微电子设备的干扰及损坏,指出现代防雷是一个强电系统防雷与弱电系统防雷并重的多维防护系统工程,必须采用多层防护与多类防护措施相结合的综合防护方法;详细阐述了外部、内部防雷措施和过电压保护的实现及实施注意事项。最后,讨论了本台防雷改造情况。     

大功率短时加热条件下相变储能式热沉瞬态性能及其优化的实验研究

为了评估相变储能式散热技术在间歇式大功率电子器件热管理中的适用性,本文采用实验方法研究了在短时大功率(60~120 W)较高热流密度(5.3~10.5 W·cm~(-2))加热条件下相变储能式热沉的瞬态性能.实验结果表明,在不同的加热功率下,采用相变储能式热沉可以将冷却目标的温升最多降低约40℃,而其平均等效热阻能比传统热沉降低30%以上,体现了明显的性能优势.此外,通过添加翅片的方法可以进一步改善相变储能式热沉的性能.如果设定电子器件正常的工作温度为80℃,有翅片的热沉能将有效保护时间延长多达130%.在大功率短时加热条件下,采用相变储能式热沉能够达到理想的散热效果,而通过强化传热手段可以进一步优化其性能.     

基于六水氯化钙的单相变材料热二极管的实验研究

基于相反传热方向上相变程度不同引起的传热形式和系数差异设计的相变材料热二极管被认为是有潜力的热管理器件.然而多种材料的使用或仅依靠数值模拟的研究使其结构复杂或理想化,降低了其实际应用的可能性.因此,本文结合材料固液相变和自然对流过程的传热形式和传热系数变化,提出了一个仅含有CaCl₂·6H₂O单相变材料的简单热二极管结构,并制备了相应的器件,搭建了稳态热通量测试系统用于实验研究,其测量结果与文献记载值相近,具有良好的准确度,实验研究了冷热端温差和正反传热方向对热二极管热整流效果的影响规律.结果表明:热二极管的热通量随冷热源温差的减小而降低,正向和反向分别沿逆重力和重力方向时,热整流比最高可达1.58,最佳冷源温度范围为20—25℃,接近室温,所提出的相变材料热二极管结构在建筑节能和热管理等方面具有一定的应用潜力.     

ITER馈线系统CTB盒冷屏多层绝热结构传热性能的实验研究

线圈终端盒(CTB)是保证ITER装置可靠运行的关键部件之一,为磁体系统与低温车间、电源大厅、数据采集系统和低温控制元件提供4.5K的超低温工作环境。线圈终端盒(CTB)内部设有80K冷屏,以吸收室温环境对其内部工作空间带来的辐射热负荷,在杜瓦和冷屏中间,设有30mm的真空多层绝热夹层。首先采用量热法和称重法,对多层绝热试件进行了热性能测试,然后分别与理论分析和CTB原型件系统实验结果进行对比,得出了CTB盒中多层绝热结构的热性能参数,为下一步大规模生产提供了有力的技术支持。     

热管式相变储热装置的工况切换与效率研究

提出一种热管式的相变储热装置,采用集总参数法,深入考虑热管内部的汽-液耦合特征、储放热工况切换过程中的流动与传热特征,在Simulink环境中搭建了热管式相变储热装置的动态模型。定义了装置的无量纲温差,研究了其对装置储-放热工况切换速率的影响;揭示了影响装置的储热效率、放热效率的关键因素及规律。结果表明,工况切换时的无量纲温差越大,装置的响应速率越慢;在热管工作极限之内,合理地分配各管段的热阻,可以有效地提高装置的储热效率和放热效率。