纳米填料对储能式散热器性能影响的数值研究

针对储能式电子器件散热器性能受相变材料较低导热能力限制的问题,采用添加高导热纳米填料的方法提高相变材料的表观导热系数,并对储能式散热器的性能提升潜力进行分析. 在短时大功率加热(热流密度为10 W/cm2)的条件下,对以二十烷为相变材料的储能式散热器在添加碳纳米管填料之后的工作过程(熔化和凝固传热)进行了三维数值模拟. 结果显示,由于相变材料表观导热系数的提高,散热器的性能随碳纳米管添加量的增加而提升,其提升程度与添加量呈近似线性相关| 当加入体积分数为10%的碳纳米管时,散热表面的最大温升相对于无碳纳米管的情形降低了8 ℃,散热器的等效总热阻则降低了14%,说明该方法是提高储能式散热器性能的有效途径．     

混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响

为了研究混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响,制备以碳纳米管和银(或氧化铝)纳米颗粒为二元混合填料的有机类复合相变材料.采用瞬态平面热源法导热仪对复合相变材料在室温下固态时的有效导热系数进行测试.研究中综合考虑填料总加载量、碳纳米管/纳米颗粒的配比以及基底相变材料对复合相变材料有效导热系数的影响.实验结果表明,碳纳米管和纳米颗粒填料之间是互相抑制的,混合纳米填料所导致的复合相变材料导热系数增长甚至低于仅添加单一碳纳米管或纳米颗粒时的效果.在本研究所关注的较低的总加载量下(最高体积分数为1.5%),尚不足以构建出能够实现混合填料协同效果的有效导热网络.纳米填料分布的微观表征图片证实,虽然混合填料各自的分布都较为均匀,但导热机理的差异和较高的界面热阻使得不同纳米填料之间无法体现出理想的协同效应,反而导致当单一纳米填料之间的导热通路被破坏时会呈现出反效果.     

石蜡基纳米金属复合相变材料热性能的实验研究

以石蜡为复合相变材料的基体,分别添加氧化铜、二氧化硅和氧化锌的纳米颗粒通过两步法制备多种石蜡基纳米金属复合相变材料。通过改变所添加纳米金属颗粒种类、质量分数和颗粒粒径,对比分析实验模型内复合相变材料蓄放热过程的温度曲线,来探究以上参数对复合相变材料热性能的影响。结果表明,通过添加纳米金属颗粒的方式能够有效提升石蜡的蓄放热性能,添加氧化铜颗粒的效果要优于氧化锌颗粒和二氧化硅颗粒;复合相变材料的导热系数和动力黏度均随颗粒浓度的增加而增大,两者共同决定着复合相变材料的换热过程能否被强化;纳米金属颗粒的粒径越小,越有利于增强对复合相变材料的热性能,添加30 nm粒径纳米颗粒相对于100 nm粒径纳米颗粒蓄热速率能提升26%,放热速率能提升41%。     

CaCl2·6H2O/EG复合相变材料的制备与性能研究

为了改善六水氯化钙的蓄放热性能,以六水氯化钙为相变材料（PCM）、膨胀石墨（EG）为载体、六水氯化锶为成核剂,采用物理吸附法制备六水氯化钙/膨胀石墨复合相变材料,研究复合相变材料的热物理特性. 采用步冷曲线法,研究复合相变材料的过冷度、蓄/放热性能和热循环稳定性;采用扫描电镜、差示扫描量热法、热流计导热仪,对复合相变材料的显微形貌、相变潜热、相变温度、比热容和导热系数进行测定. 结果表明：在六水氯化钙中添加质量分数为10%的膨胀石墨和质量分数为2%的六水氯化锶,复合相变材料的相变潜热为151.6 J/g,导热系数提升至3.328 W/(m·K),过冷度保持在2 °C以内. 相变材料的导热系数及过冷度得到显著改善.     

球形容器内复合相变材料的约束熔化传热过程

为评估高导热填料对复合相变材料熔化传热过程的影响,采用实验方法定量分析典型球形容器中添加石墨纳米片的十二醇基复合相变材料的约束熔化传热过程.以熔化过程中的瞬时质量熔化率为比较对象,对石墨纳米片的质量分数和恒温加热边界条件进行参数化研究.实验结果表明,随着质量分数的增加,复合相变材料的熔化传热过程从以自然对流为主导逐渐转变为以导热为主导.在所研究的工况范围内,虽然复合相变材料的导热系数有一定程度的提高,但不足以弥补黏度增长所引起的自然对流削弱效应,反而使得熔化过程有所减缓.通过数据拟合得到了熔化率随傅里叶数、斯蒂芬数和格拉晓夫数等特征无量纲数变化的实验关联式,其预测结果的误差小于15%.     

球形容器内复合相变材料的约束熔化传热过程

为评估高导热填料对复合相变材料熔化传热过程的影响,采用实验方法定量分析典型球形容器中添加石墨纳米片的十二醇基复合相变材料的约束熔化传热过程.以熔化过程中的瞬时质量熔化率为比较对象,对石墨纳米片的质量分数和恒温加热边界条件进行参数化研究.实验结果表明,随着质量分数的增加,复合相变材料的熔化传热过程从以自然对流为主导逐渐转变为以导热为主导.在所研究的工况范围内,虽然复合相变材料的导热系数有一定程度的提高,但不足以弥补黏度增长所引起的自然对流削弱效应,反而使得熔化过程有所减缓.通过数据拟合得到了熔化率随傅里叶数、斯蒂芬数和格拉晓夫数等特征无量纲数变化的实验关联式,其预测精度在15%以内.     

相变储能充填体强度与热学性能

以硬脂酸丁酯为相变材料、膨胀珍珠岩为吸附介质制备复合相变材料,将其按一定质量分数替代尾砂后与水泥、尾砂混合制成相变储能充填体.为探究相变储能充填体强度和热学性能表现,分别制备不同灰砂比、质量分数和复合相变材料质量分数添加量的相变储能充填体,并采用DSC、SEM、单轴压缩试验、巴西劈裂试验和导热系数试验等测试方法得到不同...     

石墨填充复合相变储能材料导热性能和稳定性能研究

以三水醋酸钠作为储能单元、环氧树脂为载体制得复合相变储能材料,它在熔点温度时表现出很强的稳定性和储能效果.通过向复合相变储能材料中添加导热率高的且具有多孔吸附性的膨胀石墨,可进一步提高导热性能和密封性能.结果表明,当三水醋酸钠质量分数为60％,膨胀石墨为5％时,相变储能材料相变焓为148.5 J/g,导热率为0.891 W/(m℃),且稳定性良好.     

乙二醇单硬脂酸酯-十六醇复合相变材料的热性能

以乙二醇单硬脂酸酯(EGMS)和十六醇(H)为原料,采用熔融共混法制备EGMS-H复合相变材料。利用X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱分析(FT-IR)对复合相变材料的结构和组成进行表征,并通过差示扫描量热法(DSC)、热导率测试仪及步冷曲线考察复合相变材料的热性能。结果表明:EGMS和H复合后形成简单机械混合物;当EGMS和H的质量比为1∶1时,形成低共熔混合物,低共熔点温度为41.6℃;体系复合相变时平均传热速率较纯十六醇下降了41.13%;EGMS-H复合相变材料导热系数最低为0.227 6 W/(m·K),相对于纯EGMS或H,具更长的保温时间。     

石蜡基复合相变储能材料的研究进展

石蜡类有机物用做相变储能材料具有相变焓高、相变温度范围广、价格低等优点,但其较低的导热系数限制了吸／放能效率的提升。添加高导热物质合成复合相变材料,用以强化石蜡类有机相变材料传热能力是非常有前景的研究方向。评述了多种石蜡基复合相变材料的合成方法及热学性能,并展望了石蜡基复合相变材料的发展趋势。     

原位反应烧结制备熔盐/尖晶石复合高温相变储能材料的研究

以电熔镁砂和白刚玉为镁铝尖晶石陶瓷基体原料,以氯化钾、氟化钾复合盐为相变材料,用原位反应烧结法制备熔盐/尖晶石复合高温相变储能材料,研究烧结温度、熔盐含量对熔盐/尖晶石相变储能材料性能的影响。采用XRD和SEM对材料进行表征,通过DSC分析测定材料相变潜热,结果表明,烧结温度为1 000℃和熔盐含量为40%时,所制备的储能材料的相变潜热为70.98 kJ/kg,蓄热密度为240 kJ/kg（ΔT=100℃）,储热性能较好。     

几种填料对偏高岭土-粉煤灰基地质聚合物的增强改性

为提高地质聚合物（GP）的力学强度,制备了含钛酸钾晶须、磷酸钙（β-TCP）、羟基磷灰石（HAP）和碳纳米管（CNTs）增强填料的偏高岭土-粉煤灰基GP复合材料,对其进行了抗压强度测试,并且采用了扫描电子显微镜（SEM）、X-射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪以及热重分析仪分别表征了其微观形貌、结晶形态、化学组成以及耐热性能。研究结果表明,由钛酸钾晶须、β-TCP、HAP和CNTs增强的GP的最大抗压强度分别可达71.97,65.10,70.98,67.02 MPa。比纯GP的最大抗压强度（56.91 MPa）分别提高了26.46%,14.39%,24.72%,17.76%。SEM表征显示,加入增强填料后,GP试样断面裂缝大大减少,结构也比纯GP更密实,这有利于提高GP的抗压强度。此外,2%质量分数的钛酸钾晶须能使GP的热失重率降低22.7%,有效地提高了GP的耐热性能。     

基于相变材料的太阳能电池板温度控制实验研究

对使用石蜡作为相变材料的太阳能电池板被动式散热器进行了实验。选择在相变材料中的不同位置安置格栅,在同一热流密度下,对4组散热器的瞬态热性能进行了研究。结果表明,具有格栅的相变材料散热器可用于冷却太阳能电池板。相变材料的融化情况与格栅位置和接触面积有关,加装垂直于翅片方向格栅的散热装置的散热效果较佳。     

复合相变蓄热材料太阳能通风井性能

针对太阳能通风井道蓄热单元的技术需求,制备了复合相变蓄热材料,并将其应用于通风井壁,建立了基于复合相变蓄热材料的太阳能通风井测试系统,并测试了其运行性能。结果表明：添加5%碳纳米管制备的复合相变材料,其导热系数为0.65 W/m·K,是添加前的2.03倍,相变潜热为107 J/g,是添加前的0.718倍。应用上述材料的太阳能通风井测试系统在10：00-21：00时段通风量为55.0~103.9 m³/h,其中在17：00风速和风量达到最大,为良好的自然通风提供了保障。     

水基碳纳米管纳米流体在矩形腔内的自然对流传热

为了评估碳纳米管在强化传热技术中的应用潜力, 采用实验方法研究水基碳纳米管纳米流体在矩形封闭腔内的自然对流传热性能, 由实验得到瑞利数为1.92×105～2.52×106范围内不同颗粒体积分数的纳米流体沿矩形封闭腔热流方向的平均努塞尔数分布.采用瞬态热线法和旋转黏度仪测量水基碳纳米管纳米流体的导热系数和黏度,探究纳米流体导热系数和黏度与纳米颗粒体积分数的变化关系,分析纳米流体导热系数和黏度对纳米流体自然对流传热的影响.结果表明:在封闭腔内纳米流体沿热流方向的平均努塞尔数随着瑞利数的增加而增大,封闭腔内对流传热不断增强;与水的自然对流传热相比,在低瑞利数(Ra＜8.5×105)时,纳米流体自然对流传热效果随着颗粒体积分数的增加而增强;在高瑞利数(Ra＞8.5×105)时,体积分数为0.48%的纳米流体的平均努塞尔数比水大,自然对流传热得到强化,而体积分数为1.45%的纳米流体的平均努塞尔数比水小,自然对流传热减弱.     

碳纳米管与三维石墨烯协同提高导热硅脂的热性能

以二甲基硅油为基础油,碳纳米管(carbon nanotubes, CNT)/三维石墨烯(3D graphene, 3D rGO)复合碳材料为导热填料制备导热硅脂。研究表明,仅以CNT为导热填料时,管径小而管长长的CNT更有利于改善硅脂热性能。当总导热填料量为6%, CNT/3D rGO复合碳材料中CNT和3D rGO质量比为3:1时,导热硅脂的热导率提高近26%。CNT的加入对3D rGO起到了分隔和桥连的作用,短而细的CNT更有利于三维热传导网络的形成,进而可提高导热硅脂的热传导性能。     

Multiple structure graphite stabilized stearic acid as composite phase change materials for thermal energy storage

This paper used 3 types of graphite with different physical structures as the porous matrix to prepare composite phase change materials (PCMs), and investigated their photo-thermal conversion performance and application in battery thermal management. Multiple structure graphite minerals, including microcrystalline graphite (MG), scale graphite (SG), and expanded graphite (EG) were used as porous matrix, while stearic acid (SA) acts as the phase change material. The vacuum impregnation method was applied to prepare SA/MG, SA/SG, SA/EG, and SA/MG1, and SA/EG1was/were prepared by the ethyl alcohol method. Results show that the thermal conductivities of all composite phase change materials were 10.82 to 22.06 times higher than that of the pure SA. Thermogravimetric (TG) analysis showed that the loadages of SA were 43.61%, 18.74%, and 92.66% for SA/MG, SA/SG, and SA/EG respectively. The load rates of SA were 18.98% and 18.88% for SA/MG1 and SA/EG1, respectively. For the 3 types of graphite materials of different dimensions, the BET (Brunauer, Emmett, and Teller) surface area determines the maximum load of SA. The Fourier-transform infrared (FTIR) and X-ray diffraction (XRD) results indicated that there was good compatibility between the SA and the supports. The SA/EG1 has better thermophysical properties in heat energy storage and release process. The thermal infrared images show that SA/EG1 has higher sensitivity to the temperature changes. SA/EG1 has better photo-heat conversion performance than SA/SG and SA/MG1 attributed to the multilayer structure of EG. SA/EG has better thermal management performance in the Li-ion batteries discharge process.     

Preparation and Properties of Paraffin/PMMA Shape-stabilized Phase Change Material for Building Thermal Energy Storage

The composite phase change material(PCM) consisting of phase change paraffin(PCP) and polymethyl methacrylate(PMMA) was prepared as a novel type of shape-stabilized PCM for building energy conservation through the method of bulk polymerization. The chemical structure, morphology, phase change temperature and enthalpy, and mechanical properties of the composite PCM were studied to evaluate the encapsulation effect of PMMA on PCP and determine the optimal composition proportion. FTIR and SEM results revealed that PCP was physically immobilized in the PMMA so that its leakage from the composite was prevented. Based on the thermo-physical and mechanical properties investigations, the optimal mass fraction of PCP in the composite was determined as 70%. The phase change temperature of the composite was close to that of PCP, and its latent heat was equivalent to the calculated value according to the mass fraction of PCP in the composite. For estimating the usability in practical engineering, thermal stability, reliability and temperature regulation performance of the composite were also researched by TG analysis, thermal cycling treatments and heating-cooling test. The results indicated that PCP/PMMA composite PCM behaved good thermal stability depending on the PMMA protection and its latent heat degraded little after 500 thermal cycling. Temperature regulation performance of the composite before and after thermal cycling was both noticeable due to its latent heat absorption and release in the temperature variation processes. The PCP/PMMA phase change plate was fabricated and applied as thermal insulator in miniature concrete box to estimate its temperature regulation effect under the simulated environmental condition. It can be concluded that this kind of PCP/PMMA shape-stabilized PCM with the advantages of no leakage, suitable phase change temperature and enthalpy, good thermal stability and reliability, and effective temperature regulation performance have much potential for thermal energy storage in building energy conservation.     

有机相变储热复合材料的储/放热性能研究

以高孔隙率泡沫石墨材料作为骨架在真空环境下吸附石蜡,制备而成新型有机相变储热复合材料。利用HotDisk热常数分析仪和差示扫描量热仪(DSC)研究了其热性能,结果证明复合材料的导热能力得到了极大强化。对分别填充了复合材料和纯石蜡的以水作为热媒的储热槽进行了实验研究,重点考察了两者在储热和放热过程中的温度均匀性、储能速率及泡沫石墨对石蜡相变的影响,同时就泡沫石墨的孔隙率大小对复合材料导热性能和储能速率的影响规律进行了对比分析。研究表明,复合材料的相变温度区间基本不变,导热性能提高了21倍,相变时间缩短了56%以上,相变界面移动加快,储热槽的储热、放热性能和储能密度有了很大提高;不同孔隙率会影响复合材料的导热系数、储能速率和储能容量,在提高储能速率和保证储能容量两者之间,选择孔隙率为91%的泡沫石墨作为复合材料骨架应是一最佳值。