金属相变储能与技术的研究与发展

相变储能是有效的储热方式.其中,金属相变储热因吸放热过程中,储能密度大,过冷度小,导热率高,反复相变后长期性能稳定,过程易控制,因而在高温储热方面具有广泛的用途.从金属相变储热材料、传热分析、金属相变材料与容器材料的相容性和应用4个方面,回顾了金属固液相变储热的发展.     

相变储能材料循环热稳定性及与容器相容性研究概况

综述了相变储能材料的循环热稳定性以及与容器相容性的研究进展;介绍了各类相变材料的循环热稳定性和太阳能相变储能材料与金属容器的相容性,以及相变材料循环热稳定性、容器腐蚀程度的表征方法;展望了太阳能相变储能技术的重要意义,并提出了相变材料特别是中高温相变材料在热性能及与容器相客性所面临的挑战和解决方向.     

矿物复合相变储能功能材料研究进展及应用

概述了相变材料的分类及各类相变材料的性能,介绍了相变储能功能材料的研究进展和应用领域,展望了相变功能材料的发展趋势和应用前景.     

相变储能建筑材料的研究进展及其应用

简要介绍了相变储能材料的分类及特性,综述了相变储能建筑材料制备方法,概述了相变储能建筑材料在墙体围护结构、大体积混凝土和桥梁路面等建筑结构中的应用现状,分析了相变储能建筑材料在推广应用中存在的问题,最后总结了相变储能建筑材料的性能要求,为相变储能建筑材料进一步深入研究提供了参考。     

一种基于膨胀珍珠岩的相变骨料的制备及其性能与结构

相变储能材料通过吸收大量热量的特性在相态转变过程中储能能力优异,因此成为一类优秀的储能材料。将其应用于混凝土中可获得储能性能卓越的新型混凝土材料,从而实现能量在空间和时间上的合理应用。以石蜡为相变材料,膨胀珍珠岩为定形基底,利用真空吸附法使石蜡包裹在膨胀珍珠岩内,制作成相变骨料。最后使用差式扫描量热分析,扫描电子显微镜分析、红外光谱分析以及热可靠性分析等分析方法,对定相变骨料的结构、储热性能及稳定性进行表征分析。     

泡沫铜相变材料在运血车中的储能应用研究

为解决运血车制冷机组反复启停和耗能大的问题,提出了采用泡沫铜相变储能管顺排布置于风道的方案.针对储能管进行了相变储能实验,获得了相变材料温度-时间的变化曲线.针对储能管和运血车风道系统建立了相应的数学模型和物理模型,采用数值模拟方法研究了储能管相变过程和风道加装储能管后的流场和温度场分布.最后对实验结果和仿真结果进行了对比.结果表明,加装泡沫铜相变储能装置可以改善运血车制冷机组的性能.研究结果对泡沫铜相变材料的应用和运血车制冷系统改进具有重要的工程意义.     

强化技术在相变储能材料研究中的应用

由于相变储能材料具有储热量较大、储热温度较低、近似恒温操作和储存体积较小等优点,因此,采用相变储能材料的能源储存是储存可利用能源最有效的方式之一.然而,不同的相变储能材料具有不同的特点,应用上也存在一定的局限性,因此,为了改善其性能,提高储能效率,扩大应用范围,就需要采用强化技术.介绍了几种重要的强化技术及其在相变储能材料研究中的应用.     

具有多孔基体复合相变储能材料研究

本文提出了研制一种具有多孔基体的复合相变储能材料，通过实验分析了该储能材料的融解温度、融解热、热稳定性及微相结构等性能。该储能材料是由两种有机相变材料组成，通过物理吸附的方法将其复合在多孔基体材料中。在热分析中，用示差扫描量热仪(DSC)来测定储能材料的融点、融解热，用热重分析仪(TGA)测定其热稳定性，并用扫描电镜(SEM)观测了该储能材料的微相结构。测试结果表明该储能材料具有较高的相变潜热和较好的热稳定性，可被应用于储能和热能回收系统中。     

十二醇/蒙脱土复合相变储能材料的制备及性能研究

采用超声震动和液相插层相结合的方法制备出十二醇/蒙脱土复合储能材料.用XRD、IR、SEM、DSC等方法对其结构及储能性能进行了研究.结果表明,复合相变材料具有较适宜的相变温度,较高的相转变焓,较好的热稳定性,储能性能适合做建筑相变材料.     

新型相变储能材料研究进展

介绍了相变材料的种类、特点以及储能机理,重点论述了新型相变材料的研究发展,对于复合相变材料和胶囊化相变材料做了较为详细的说明,概括了相变材料的主要研究方向.     

界面聚合法制备微胶囊相变材料的试验研究

以相变石蜡为芯材,廉价的聚脲和聚氨酯为壁材,采用界面聚合法制备了单层和双层壁材微胶囊相变材料,并用差示扫描量热仪(DSC)和TG分析仪分别对所制备的单层壁材微胶囊和双层壁材微胶囊进行了测试.结果表明,与同条件下制备的单层壁材微胶囊相比,双层壁材微胶囊在合成过程中反应充分、产率较高,在室温环境下相变温度为19.02℃,且保持了较高的相变潜热(79.9J/g),适合于建筑用相变材料.     

蓄冷球凝固的FLUENT数值模拟研究

利用计算流体力学软件FLUENT凝固/熔化模型对一种相变材料蓄冷球的凝固过程进行数值模拟研究,得到了在第一类边界条件下蓄冷球凝固过程的温度场分布、相界面移动规律,并分析了凝固时间与壁面温度和球径的关系。所得到的结论对相变问题的数值模拟以及相变蓄能装置的设计具有重要的参考价值。     

正十八烷相变纳胶囊/多壁碳纳米管流体的制备及性能表征

采用原位聚合法合成了一种以正十八烷为芯材,密胺树脂为壁材的相变纳米级胶囊;通过超声搅拌将相变纳胶囊和功能化的多壁碳纳米管复合,得到一种稳定的复合相变流体,并通过红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、Zeta电位和差示量热(DSC)等手段对其进行表征。结果表明:Fenton试剂处理过的多壁碳纳米管表面带有大量的—OH和—COOH等亲水性基团;合成的正十八烷相变纳胶囊为直径200~400nm的表面光滑的圆球形;Zeta电位测试结果显示,当表面活性剂曲拉通X-100和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的用量都为3.3%时,复合相变流体的分散稳定性最好;DSC结果显示,复合相变流体使用前、后烘干物的熔融焓和结晶焓都在110J/g左右。     

Na_2SO_4·10H_2O/EG复合相变材料的制备与性能分析

以十水硫酸钠为相变材料,采用真空吸附法制备十水合硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料(Na_2SO_4·10H_2O/EG),对其融化-凝固、相分离、过冷、潜热等热物性进行测试分析。结果表明:在Na_2SO_4·10H_2O中添加2%(质量分数,下同)硼砂和8%EG后,可得到理想的Na_2SO_4·10H_2O/EG固-固复合相变材料。此时,Na_2SO_4·10H_2O相分离得到消除,过冷度由13.6℃降低到0.6℃以下,相变潜热和体储能密度分别为225.77kJ·kg~(-1)和218.09MJ·m~(-3)。此外,导热率也得到提高,相比于只添加成核剂硼砂的Na_2SO_4·10H_2O PCM,储热时间缩短52.6%,放热时间缩短55.1%,经过500次急剧升温-降温循环后也未出现性能衰减,储/放热性能较好。     

膨胀石墨/硬脂酸丁酯复合相变储热脱硫石膏板的研究

以多孔膨胀石墨(EG)为载体、硬脂酸丁酯(BS)为相变材料制备了相变储热复合材料,将所得材料与脱硫石膏和高分子乳液BASF400混合制备了相变储能石膏板.利用差示扫描量热法(DSC)研究了温度(45～50℃)和高分子乳液BASF400对石膏板相变潜热的影响,分析结果表明,复合相变储热石膏板经长时间烘烤后相变潜热未出现明显变化,所得相变石膏板在建筑节能领域具有广阔的应用前景.     

Multiphysics design optimization model for structural walls incorporating phase-change materials

The development of energy-efficient building envelopes has been an ongoing effort in many countries owing to the pressing need to achieve energy independence. In this study numerical optimization techniques and finite element analysis provide the means to find a compromise point between adding phase-change materials (PCMs) to a concrete wall, the energy savings and the wall's structural capacity. The primary objective is to minimize the overall lifetime cost of a wall by understanding the implications of PCM layer thickness, material properties and position in the wall on the overall energy consumption. While it is difficult to manually configure a typical wall for the lowest total cost, the developed computational framework provides an automated tool for searching for the best design. The results show that successful designs can be obtained where material and energy costs can be minimized through a judicious combination of existing building materials with thermal energy storage materials.     

原位聚合法制备相变材料微胶囊及其致密性

采用原位聚合法以三聚氰胺-尿素-甲醛预聚物为壁材, 包覆一种相变点为24 ℃、相变焓为225. 5 J / g 的有机相变材料, 制备一种具有调温储热功能的复合材料。通过改变三聚氰胺和尿素摩尔比对微胶囊壁材渗透性和强度进行研究。相变材料受热时会在微胶囊内部产生较大的蒸汽压使微胶囊壁破裂渗出芯材, 采用TGA 测定微胶囊热失重温度得到胶囊壁破裂时的温度。采用压力法观察微胶囊受力后的形貌, 对其强度进行评价。采用752型紫外分光光度仪对微胶囊壁渗透性进行表征。实验结果表明: 微胶囊呈球形, 平均粒径小于5μm , 固化剂滴加速度为0. 8 mL/ min 时微胶囊形貌最好。当尿素质量为反应总单体质量的20 %时, 与不加尿素相比, 微胶囊热失重温度大约提高30 ℃, 可以承受6. 0 MPa 压力而不破损, 并且渗透性并不增加。      

月桂酸/十六醇/二氧化硅复合相变材料的结构与性能

为了制备适用于服用调温纺织品领域的定形相变材料,选用月桂酸和十六醇二元低共熔物作为工作物质,采用溶胶-凝胶法制备月桂酸/十六醇/二氧化硅复合相变材料。用DSC、IR、TG、SEM、热渗出等方法对其结构和性能进行了研究。结果表明:二氧化硅复合相变材料相变温度为34℃,符合服用要求;当相变材料的质量分数为64%时,相变焓可达122.4J/g;复合相变材料是二氧化硅凝胶和月桂酸/十六醇二元体系的物理共混物,没有新的键合生成;TG曲线表明复合相变材料在125℃之前,具有良好的热稳定性;复合相变材料组织呈近球形或椭球形的颗粒状,表面光滑圆润,粒径在2μm左右,分散性较好;热渗出实验表明,二氧化硅凝胶对月桂酸/十六醇二元低共熔相变材料具有良好的定形效果。     

A novel enthalpy formulation for multidimensional solidification and melting of a pure substance

This paper presents a new finite-difference formulation of the multidimensional phase change problems involving unique phase change temperature. The solutions obtained with this formulation show that the problem of “waviness” of the temperature histories encountered with the conventional enthalpy formulation is now removed. The formulation derived provides a simple method for “local” tracking of the interface using the enthalpy variable in a novel way. During the solution of the finite-difference equations, the present formulation obviates the need for “book-keeping” of the phase-change nodes, and hence allows solution of the equations by tridiagonal matrix algorithm. It is argued that the benefits of enthalpy formulation can be extended to phase-change problems involving convection by solving the equations of motion on non-staggered grid.     

石蜡/膨胀石墨复合相变储热材材料的性能研究

以石蜡为相变材料、膨胀石墨为支撑结构,利用膨胀石墨的多孔吸附特性,制备出了石蜡含量90%(质量分数)的石蜡/膨胀石墨复合相变储热材料.采用扫描电镜(SEM)、偏光显微镜(PM)、X射线衍射(XRD)及差示扫描量热分析(DSC)对复合相变储热材料的结构和性能进行了表征.结果表明,膨胀石墨吸附石蜡后仍然保持了原来疏松多孔的蠕虫状形态,石蜡被膨胀石墨微孔所吸附,在石蜡质量含量为90%时仍保持定型特性;复合相变储热材料没有形成新物质,其相变温度与石蜡相似,相变焓与基于复合材料中石蜡含量的相变焓计算值相当.