泡沫石墨作为相变储能材料填充物的研究

以石蜡为相变材料、泡沫石墨为支撑结构,文章利用泡沫石墨的多孔吸附特性,采用多次真空灌注方法制备了泡沫石墨/石蜡复合相变储热材料。采用Hot Disk热常数分析仪和差示扫描量热分析(DSC)对复合相变储热材料的热性能进行了表征。结果表明,石蜡充分吸附到泡沫石墨的蜂窝状微孔中,泡沫石墨的填充极大地强化了相变材料的导热能力;复合相变储热材料的相变温度与石蜡相似,其相变潜热与基于复合材料中石蜡含量的潜热计算值相当。设计了储能过程实验,并与纯石蜡试件进行了对比;储热性能测试结果表明,复合相变储热材料的储热速率比纯石蜡有了极大的提高。     

约束条件下石蜡-膨胀石墨复合相变材料热膨胀实验

采用水浴加热石蜡—膨胀石墨复合相变材料热膨胀压力试验装置,测试了约束条件下纯石蜡以及膨胀石墨质量分数分别为5％和10％的石蜡—膨胀石墨复合相变材料的膨胀压力.实验表明膨胀石墨的加入明显改善了石蜡—膨胀石墨复合相变材料的导热性能,使复合相变材料中石蜡的相变提前发生.膨胀石墨质量分数为5％和10％时,相变时间范围较纯石蜡相变时间分别缩短了30％和40％.膨胀石墨质量分数为5％时,石蜡—膨胀石墨复合相变材料产生的最大膨胀压力比纯石蜡相变产生的最大膨胀压力提高了25％,最大膨胀压力可达87.3 MPa.将石蜡—膨胀石墨复合相变材料用作驱动材料是切实可行的.     

膨胀石墨微结构表征及其储能复合材料的制备

以膨胀石墨为吸附介质,制备新型的相变储能复合材料.对膨胀石墨的制备及微结构的表征、有机相变材料的热物理性能测试、复合相变材料的制备及其储(放)热性能的测试等进行了试验.试验结果表明,可膨胀石墨在600 w微波输出功率下处理10～15 s后,可以制得具有良好吸附性能的膨胀石墨材料.电镜观测和压汞分析都显示,膨胀石墨具有丰富的孔隙结构,孔隙尺寸以微米级为主.由于膨胀石墨为非极性材料,且具有多孔性质,很容易吸附有机相变材料,其最佳的吸附比例为12.5 mL/g.进行吸附处理后所制得的相变储能复合材料,具有明显的储能效应,能够起到调节环境温度的作用,同时根据上述特点可以达到将能量在不同的时间和空间进行转换的目的.     

散热器供暖相变蓄热材料的性能实验

针对相变蓄热应用于散热器供暖存在的问题,开展以石蜡为相变蓄热基体,以膨胀石墨为强化传热载体的复合相变蓄热材料性能的实验研究.制备石蜡/膨胀石墨复合相变材料时,以相变温度64℃的石蜡为基体,加入膨胀石墨强化传热性能.实验研究表明:质量分数为3.0%的50目膨胀石墨蠕虫可以有效提高材料热导率;在相变蓄热水箱中,加入质量分数为3.0%的50目膨胀石墨蠕虫后,相变材料蓄放热时间缩短了50%;质量分数为3.0%的50目膨胀石墨试样的相变潜热值为203.1 J·g~(-1).     

石蜡/膨胀石墨复合相变材料控温电子散热器的性能

为了提高电子器件抗热冲击的能力、保证电子器件运行的可靠性和稳定性,以石蜡为相变储能材料、膨胀石墨为支撑材料,采用物理吸附法制备石蜡/膨胀石墨复合相变材料,将其应用于电子器件的热管理中,并通过模拟芯片实验研究了石蜡/膨胀石墨复合相变材料控温电子散热器的性能.结果表明:石蜡质量分数为90%的复合相变材料的导热系数相比于纯石蜡(0.3608 W/(m.K))提高了约4倍;相变材料填充于散热器中,可有效降低模拟芯片的升、降温速率,延长散热器的控温时间;当芯片发热功率为15和20W时,散热器填充复合相变材料后的控温时间较填充前分别提升了59%和20%,可降低电子器件因温度瞬间升高而烧坏的可能性,实现对电子器件的保护.     

太阳能热发电复合相变蓄热材料的实验研究

针对相变材料无机盐KNO3/NaNO3(摩尔比50/50)导热系数低,影响了蓄热系统充放热过程传热效率,制备了适用于太阳能热发电系统的无机盐/膨胀石墨复合相变材料,对复合相变材料的微观结构和热物性进行了分析,并搭建充放热测试平台对相变材料分别进行了热性能研究。结果表明:复合相变材料中的无机盐均匀分布在膨胀石墨中,其相变潜热与基于复合材料中无机盐质量分数的计算值相当,添加膨胀石墨后相变材料的导热系数得到了改善;在充热过程中纯无机盐的换热方式以自然对流为主,同一蓄热单元内沿轴向上下位置温差较大,不同蓄热单元内相同位置完成充热过程所需时间从上到下依次增加,而对于无机盐/膨胀石墨复合相变材料(质量比90/10)充热过程以导热为主;与纯无机盐不同,同一蓄热单元内沿轴向上下位置温度变化趋势基本一致,不同蓄热单元相同位置完成充热过程所需时间几乎没有差别。添加膨胀石墨后,相变材料的充热过程所需时间减少较小,而放热过程所需时间减少约45%,传热介质流量的变化对复合相变材料充/放热过程影响较小。     

基于快速热响应相变材料的电子器件散热技术

以石蜡为相变材料,利用膨胀石墨的高导热系数和多孔吸附特性,制备出高导热系数的快速热响应复合相变材料,其导热系数可达4.676 W/(m.K).将该材料应用于电子器件散热装置,在不同的发热功率条件下,储热材料散热实验系统的表观传热系数是传统散热系统的1.36～2.98倍,其散热效果明显优于传统散热系统,可有效提高电子元器件抗高负荷热冲击的能力,保证电子电器设备运行的可靠性和稳定性.     

复合相变储能砂浆的制备及其性能研究

以工业石蜡为相变芯材,通过真空吸附法和硅酸钙外壳封装法制备石蜡/膨胀珍珠岩复合相变材料和复合相变储能砂浆.利用SEM和差示扫描量热法分析了石蜡/膨胀珍珠岩相变材料的形貌和蓄热能力,测试了复合相变储能砂浆的抗压强度、干表观密度、导热系数和三维条件下材料温度时间响应关系.结果表明,经硅酸钙外壳封装后石蜡/膨胀珍珠岩相变材料中石蜡的含量约为55.47%时,相变温度和相变潜热分别为35.59℃和96.77J/g;复合相变储能砂浆的28d抗压强度,干表观密度和导热系数分别为8.0MPa,1 678kg/m~3和0.46W·m~(-1)·K~(-1),在外界温度变化时,复合相变储能砂浆相对于传统砂浆材料具有升温和降温速度变化平缓,可用作保温砂浆.     

基于分形的多孔介质复合相变材料的储热特性

本文利用膨胀石墨和纳米颗粒来强化相变储热系统的传热性能。在膨胀石墨基体中填充含纳米颗粒的相变材料,用焓-孔隙度法模拟材料的相变过程。针对不规则的膨胀石墨孔隙结构,用三维W-M分形函数修正膨胀石墨孔隙率波动,以研究不同的孔隙率和有效导热系数比对固态显热蓄热阶段相变材料熔融速率的影响。在液态显热蓄热阶段时探讨膨胀石墨孔隙率以及纳米颗粒体积分数对相变储热系统中对流传热的影响。研究结果表明,分形分布的孔隙结构能有效地抑制纳米颗粒的自由运动从而降低了纳米颗粒的局部团聚的可能性,所以利用三维W-M分形函数修正的膨胀石墨比采用平均孔隙率能更好地模拟相变材料的熔融速率。在固态显热蓄热阶段,膨胀石墨孔隙率为0.8的相变材料熔融速率比孔隙率为0.85和0.9显著增加,另外,膨胀石墨与纳米颗粒-相变材料的有效导热系数比为100的熔融速率也明显比有效导热系数比为80和60的快。当相变材料处于液态显热蓄热阶段时,其在膨胀石墨孔隙中产生对流,对流传热速率随着膨胀石墨的孔隙率增大而增大,纳米颗粒体积分数的增加也会提高对流传热速率。     

石蜡/膨胀石墨复合相变材料耦合热管电池热管理性能研究

为了改善相变材料用于电池热管理导热率较低的问题,制备了不同含量的石蜡（Paraffin, PA）-膨胀石墨（Expanded Graphite, EG）复合相变材料,在相变储能单元中使用PA-EG复合相变材料包裹热源并耦合热管增强其散热能力。使用方形发热源模拟高密度能量电池充放电时的发热,在不同发热功率下探究不同EG含量的PA-EG复合相变材料耦合热管的热管理性能。实验结果表明,发热功率较低时,各相变材料热管理性能相当,发热功率较高时,更高的EG含量将带来更高的导热率以及更好的热管理效果。在EG含量为5%时,PA-EG复合相变材料导热率可提高至纯石蜡的6.36倍,实验中最大降温幅度可达7.6%,相变储能单元中温差峰值为纯石蜡散热系统温差峰值的37.7%。当EG含量较低时,PA-EG复合相变材料未熔融时呈现固态,导热率呈现各向同性,但当PA熔融后,PA-EG复合相变材料总体呈现液态,出现较强的自然对流换热,将导致储能单元内温度分布不均,容易导致电池表面温度不均产生应力,因此EG含量不宜低于5%。     

Preparation and performances of bulk porous Al foams impregnated with phase-change-materials for thermal storage

Shape-stabilized phase change materials (PCMs) exhibit desirable thermal storage properties and are used for energy conservation systems. This study is focused on the preparation and thermal-/dynamic-mechanical properties of the bulk porous Al foams impregnated with organic PCMs such as paraffins and stearic acid. The results indicated that the new shape-stabilized PCMs composites could be produced by a simple and eco-friendly constant-pressure impregnation method. The filling fraction of PCMs was approximately more than 80% for the impregnated samples with vacuuming or without vacuuming. The shape-stabilized PCMs/Al-foam composites exhibited considerable latent thermal storage potential for good interface, desirable phase-change temperature range and latent heat values (72.9 kJ/kg for the paraffin/Al-foam composite and 66.7 kJ/kg for the stearic acid/Al-foam composite). Moreover, the impregnation of PCMs improved the dynamic-compression yield strength, durability and resistance to oxidation of Al foams and made its ideal energy-saving materials.     

骨料级配对相变沥青混合料性能的影响

相变沥青混合料是一种可以调节沥青混凝土路面温度的新型功能性路面材料,其中,沥青混合料骨料级配对相变沥青混合料的路用性能和调温性能有何影响值得深入研究。本文选择两种复合定型相变材料(CPCM)石蜡/膨胀石墨/高密度聚乙烯(简称为PHDP)和道路温度调节材料(简称为DTC)两种相变材料,首先利用傅里叶红外光谱(FT-IR)试验,对CPCMs与沥青之间的反应进行了定性分析。其次,分别制备级配类型为AC-16与AC-20的相变沥青混合料,通过路用性能试验和调温试验评价不同骨料级配对相变沥青混合料路用性能与调温效果影响影响。结果表明,两种CPCM与沥青之间均为物理反应;相比级配类型AC-16,AC-20可以显著提高含PHDP的相变沥青混合料的路用性能与调温效果,但是对于含DTC的相变沥青混合料的改善效果不显著。     

相变膨胀珍珠岩制备工艺及相变控温砂浆性能

根据低共熔相变点理论计算结果,制备月桂酸-肉豆蔻酸二元低共熔脂肪酸相变材料,以膨胀珍珠岩为无机载体,采用高温真空浸渍法制备相变骨料,并对其进行包裹,确定最佳包裹材料及掺量.通过场发射扫描电镜观测相变骨料切割截面,脂肪酸经吸附进入多孔颗粒内部,并黏附于珍珠岩孔隙内壁,经石蜡包裹后脂肪酸相变材料较稳定地处于石蜡与膨胀珍珠岩内壁包围的孔空间内.利用相变骨料制备相变控温砂浆,测试其物理力学性能及热性能.结果表明:相变珍珠岩砂浆板物理力学性能达到建筑保温砂浆标准要求,且具有较好的控温效果,随着脂肪酸掺量的增加,有效热量值降低越多,温度延时越长,降温幅度越大.     

Oleophobic modification of clay minerals to improve encapsulation ratios of shape-stabilized phase change materials: A universal method

Liquid-solid phase change materials (PCMs) show reversible storage and release of latent heat, which has attracted extensive interests in applications for thermal energy storage. However, stubborn leakage issue may cause corrosion and extra thermal resistance. The non-wettability of melted paraffin on the oleophobic surface of diatomite has been reported by authors earlier, and the result showed that the encapsulation ratio (84.5%) of diatomite@paraffin shape-stabilized PCM greatly increased. Here, in order to prove this method equally applicable to other PCMs and porous natural clay minerals, diatomite and sepiolite were oleophobically modified to encapsulate melted stearic acid and paraffin, to form shape-stabilized PCMs. The results showed that the encapsulation ratios of 67.8% and 56.6% for diatomite@stearic acid and sepiolite@paraffin were higher than that reported in the references (28.9% and 36.8%). In addition, the encapsulation ratios of diatomite-based shape-stabilized PCMs can be also increased using different PCMs, such as n-octadecane and polyethylene glycol via the same approach. Therefore, this is a universal method for improving encapsulation ratios of shape-stabilized PCMs.     

自然对流对套管式相变蓄热器蓄热性能的影响

针对蓄热器内相变材料融化、相变区域自然对流换热过程中蓄热效率不确定问题,以套管式相变蓄热器为基本结构,以添加质量分数为10%膨胀石墨的石蜡作为相变蓄热材料,采用数值模拟的方法研究由重力引起的自然对流对相变蓄热器蓄热性能的影响。结果表明,固液相密度差引起的自然对流对相变蓄热过程有明显的促进作用,数值模拟过程中,考虑与不考虑自然对流时,蓄热器的蓄热时间相差近2倍;不同区域相变材料受自然对流的影响不同,在相变材料融化前期,套管上方由于液相自然对流的影响,融化速率更快。根据蓄热器融化速率和融化状态的特点,通过传热过程理论分析,将融化过程进行分段,可以更加深入地了解蓄热器蓄热过程的机理和规律,为优化蓄热器结构提供理论依据。     

新型生土材料调湿性能及导热性

使用膨胀石墨、碳纤维与石蜡研制出复合型相变蓄能材料,利用膨胀石墨、碳纤维作为高导热材料与结构支撑材料;通过物性参数遴选、结构参数优化设计方法,搭建高导热性能的复合相变材料蓄热电暖器实验台;研究不同蓄放热运行工况下该装置的蓄放热性能。研究结果显示,与日间主动式放热工况相比,日间被动式放热工况放热速率衰减较慢,被动式放热工况的最低放热速率比主动式放热工况最低放热速率高24. 7%。该装置可以利用主/被动放热方式调节蓄放热速率,满足不同房间的供热需求。在夜间蓄热、日间放热的运行工况下,该相变蓄热电暖器所在房间温度波动较小,具有较好热舒适性。该蓄热电暖器蓄热效率达67%,能充分利用夜间低谷电蓄热,实现降低运行费用的目的。     

碳纤维导热型低温相变材料蓄热电暖器蓄放热性能实验研究

使用膨胀石墨、碳纤维与石蜡研制出复合型相变蓄能材料,利用膨胀石墨、碳纤维作为高导热材料与结构支撑材料;通过物性参数遴选、结构参数优化设计方法,搭建高导热性能的复合相变材料蓄热电暖器实验台;研究不同蓄放热运行工况下该装置的蓄放热性能。研究结果显示,与日间主动式放热工况相比,日间被动式放热工况放热速率衰减较慢,被动式放热工况的最低放热速率比主动式放热工况最低放热速率高24. 7%。该装置可以利用主/被动放热方式调节蓄放热速率,满足不同房间的供热需求。在夜间蓄热、日间放热的运行工况下,该相变蓄热电暖器所在房间温度波动较小,具有较好热舒适性。该蓄热电暖器蓄热效率达67%,能充分利用夜间低谷电蓄热,实现降低运行费用的目的。