纤维复合相变材料的传热模型及性能分析

建立了纤维复合相变材料相变问题的焓求法求解传热模型,并用来求解复合相变材料在相变过程中流体温度和固－液相变界面随时间和空间的变化,籍此对相变蓄热材料的放热性能进行了模拟分析,为实用的纤维复合相变材料蓄热器的设计提供了依据。     

填充金属泡沫铜对相变材料在半圆柱容腔中传热机理的研究

为研究不同金属泡沫铜填充率下金属泡沫铜对石蜡融化过程的传热规律，设计并搭建了一套可视化蓄能实验装置，并建立了对应的数学传热模型，分析了不同填充率下复合相变材料在融化过程中温度分布、固液相界面、速度矢量、液相分数和平均Nu的变化，得到了不同填充率下金属泡沫铜对石蜡相变过程的强化传热机理，并进行了实验验证。结果表明：当金属泡沫铜的填充率从0增大至1.28%时，复合相变蓄热材料的融化时间从901 s缩短至830 s,较纯石蜡减少了7.88%,而当泡沫铜填充率为1.28%时，石蜡内部温度为12.6 K,梯度最小；平均Nu从24.89下降到3.27,下降了86.9%。由模拟结果可得，填充率为0.43%、1.28%的复合相变材料液化速率较纯石蜡分别提高了1.61%、7.11%,这说明金属泡沫铜的填充率越大，强化传热效果越好。     

方腔蓄热模型优化及蓄热过程数值模拟研究

为研究方腔式蓄热单元内有机相变材料融化过程的传热规律，数值模拟了不同体积分数石墨烯纳米片填充下复合相变材料融化过程的液相分数和努塞尔数的变化；针对方腔蓄热单元热量在顶端聚集的问题，构建了分层模型，模拟了不同模型中复合相变材料的融化过程。结果表明：当石墨烯纳米片体积分数分别为1%、3%和5%时，复合相变材料完全融化时间分别为32.1、20.0、17.5 min,与纯质石蜡相比，融化时间分别缩短了70.47%、81.62%和83.92%;方腔上下等分时，融化时间相比于未分层时缩短11.88%;将方腔上下部分别填充体积分数1%与5%的复合相变材料，相比于未分为层时，整体填充3%的复合相变模型融化时间缩短了25.83%。由模拟结果可得，在石蜡中添加石墨烯纳米片可以使其导热性能有很大程度的提高，同时黏度增长程度较小，对自然对流产生的影响也比较小。综合考虑可以发现，在石蜡中添加石墨烯纳米片可以强化其传热性能；分层模型可以缩短相变材料融化时间，合适的填充方案能够进一步加快矩形方腔的融化过程。     

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.     

泡沫金属/翅片填充管蓄热性能的实验研究

为了研究蓄热装置内填充复合相变材料后的蓄热性能,设计了一种填充通孔泡沫金属和环形翅片的圆柱形蓄热罐,搭建了固液相变储热实验系统,并基于此系统对其熔化过程进行了实验研究、记录了相变材料内的实时温度响应数据。研究结果表明,与泡沫金属管相比,泡沫金属/翅片管加速了石蜡的熔化过程,缩短了整体相变时间;在实验工况下,完全熔化时间减少16.7%;然而,翅片的加入会加速顶部石蜡的熔化,但会抑制底部石蜡的熔化,使得石蜡内部不同高度间的温差扩大、温度均匀性降低;此外,通过提高流量可以显著增强装置的蓄热响应速度,提高最终稳定温度。     

泡沫金属/翅片填充管蓄热性能的实验研究

为了研究蓄热装置内填充复合相变材料后的蓄热性能,设计了一种填充通孔泡沫金属和环形翅片的圆柱形蓄热罐,搭建了固液相变储热实验系统,并基于此系统对其熔化过程进行了实验研究、记录了相变材料内的实时温度响应数据。研究结果表明,与泡沫金属管相比,泡沫金属/翅片管加速了石蜡的熔化过程,缩短了整体相变时间;在实验工况下,完全熔化时间减少16.7%;然而,翅片的加入会加速顶部石蜡的熔化,但会抑制底部石蜡的熔化,使得石蜡内部不同高度间的温差扩大、温度均匀性降低;此外,通过提高流量可以显著增强装置的蓄热响应速度,提高最终稳定温度。     

纤维复合相变蓄热材料的固/液界面模拟及分析

按单元结构相似的理论设计了蓄热材料相变传热的物理模型,采用焓法理论和有限差分法建立了一种求解此物理模型传热特性的三维数学模型,利用软件计算结果研究了纤维复合相变材料凝固过程中固/液界面的移动规律及其放热特性,并用摄影法和测温法对纤维相变材料的凝固特性进行了实验论症,其结果与理论计算结合吻合,从而证明了本文所提出的数学模型的正确性,为实用的纤维复合相变材料蓄热器的设计提供了指导性的数学工具。     

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。     

泡沫金属/翅片填充管蓄热性能的实验研究

为了研究蓄热装置内填充复合相变材料后的蓄热性能,设计了一种填充通孔泡沫金属和环形翅片的圆柱形蓄热罐,搭建了固液相变储热实验系统,并基于此系统对其熔化过程进行了实验研究,记录了相变材料内的实时温度响应数据。研究结果表明:与泡沫金属管相比,泡沫金属/翅片管加速了石蜡的熔化过程,缩短了整体相变时间;在实验工况下,完全熔化时间减少16.7%;然而,翅片的加入虽加速了顶部石蜡的熔化,但会抑制底部石蜡的熔化,使得石蜡内部不同高度间的温差扩大,温度均匀性降低;此外,通过提高流量可以显著增强装置的蓄热响应速度,从而提高最终稳定温度。     

有机复合相变储能材料的强化传热研究

将相变主材料石蜡、硬脂酸和不同分子量的聚乙二醇分别与具有良好吸附性的支撑材料活性炭或膨胀石墨按一定的配比,通过熔融共混法制备系列有机复合相变储能材料,从而强化有机复合相变材料的传热效果,并利用导热仪对制备出的有机复合相变材料进行系统的导热性能测试。结果表明,活性炭和膨胀石墨都能够有效的改善有机复合相变材料的导热性,并提高传热速率,但活性炭易与相变主材料形成"海-岛"结构,使其传热不连续,相比之下膨胀石墨改善复合相变材料的传热效果更加显著,且随着支撑材料含量的增加,导热体系逐渐被完善,导热性能大幅度提升。     

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.     

清洁用拖把性能的测试与分析

以市场常用的5种不同原料的拖把为研究对象,介绍了拖把的掉毛量、吸水速度、干拉张力和湿拉张力等性能的测试方法并进行了测试,实验结果显示采用经过亲水性处理的涤纶和涤纶超细纤维的拖把以上各个性能要优于普通涤纶、棉纤维以及涤纶/粘胶/棉混纺纱的拖把,这为高附加值拖把产品的开发指明了方向,有利于增加我国纺织品在这一领域的国际竞争力.     

西藏古建筑中装饰织物的燃烧特性研究

利用不同火源对20种西藏古建筑中典型装饰织物和4种纯涤、纯棉和涤棉织物进行了燃烧试验,研究了其燃烧行为;利用极限氧指数(limiting oxygen index,LOI)和垂直燃烧(vertical burning,VB)方法对这20种织物的燃烧性能进行了测试,判定了燃烧级别,分析了材质的影响,并对4种纯涤、纯棉和涤棉织物分别在拉萨和合肥同期进行了LOI和VB对比测试,探讨西藏高原环境对装饰织物燃烧性能的影响;利用锥形量热标准化测试研究了部分代表性织物的对火反应特性,分析了材质、厚度等织物属性的影响.结果表明,西藏古建筑内大部分装饰织物为易燃可燃物(LOI≤20),材质以丝质天然纤维和纤维素纤维为主,遇火后即发生复杂明火燃烧现象;西藏低氧低压条件已能充分支持织物的实尺度燃烧,虽织物燃烧速率降低,燃烧时间加长,但局部燃烧加剧,火焰体积加大,具有较大的火灾危险性;纤维素织物热释放速率普遍高于以动物毛绒或丝质材料为主体成分的织物,且织物厚度越大、组织越致密、结构越复杂,热释放速率往往越大.     

附加相变微胶囊多孔织物热湿传递模型研究

为了考察附加相变微胶囊对织物内热湿传递的影响,发展了一个新的含有相变材料的织物热湿耦合模型.模型考虑了相交区间对相变及传热过程的影响及加热/冷却率对相变材料特征温度和相变热的影响,同时也考虑到纤维对蒸气的吸附/解吸现象引起的热湿耦合作用.使用等效热容法对相变微胶囊的相变过程进行了模拟,并用控制体积法对方程进行了离散求解.计算结果与实验观测一致,表明该模型可以用来预测含有相变微胶囊织物内的热湿传递过程.     

Recent Progress for Gallium-Based Liquid Metal in Smart Wearable Textiles

The development of smart textiles has presentend new requirements for integrated devices that can be compatible with both conductivity and deformation. At room temperature, liquid metal presents both metallic properties and flexible properties, as well as low toxicity and biocompatible, which makes it more and more popular on the research of liquid metal based electronic devices. This review summarizes the basic physical properties, and the key points to be fabricated into fibers and fabrics including oxides and wettability. Meantime, the application in the field of textiles is presented. Liquid metal based electrical conductive fibers and flexible sensors can be fabricated mainly by injection and printing, as well as direct-writing for smart fabrics. Liquid metal can be integrated as functional components for smart wearable devices in the future by assembling the as-prepared fibers and fabrics with textile technology, such as twisting, sewing, knitting, and embroidering.     

磁控溅射镀铜芳纶织物的制备及其性能研究

芳纶纤维具有优异的力学性能和加工性能,还具有极好的耐热和耐化学药品性能、尺寸稳定性、耐疲劳性及耐腐蚀性等。磁控溅射镀膜法是一种高效的薄膜沉积工艺,具有装置性能稳定、操作控制方便、无环境污染等优势。采用磁控溅射法在芳纶织物表面镀覆纳米铜薄膜,使纺织品表面金属化。镀铜芳纶织物采用XRD与扫描电镜进行表征,且评价镀铜织物的抗静电性、导电性及拒水性。结果表明,溅射镀膜50 min的镀铜纤维表面致密地沉积纳米铜;XRD图显示铜的结晶存在。溅射镀膜50 min的镀铜芳纶织物接触角高达132.5°,表面电阻为129Ω/sq,抗静电半衰期为0.4 s。表明其具有良好的拒水、导电及抗静电性。     

碳纳米管柔性应变传感器在智能纺织品中的应用

智能纺织品不仅拥有日常穿着的所需功能,而且兼具智能性,柔性纺织材料的选择是当前纺织材料研究的重点。在柔性材料中,碳材料是制备柔性应变传感器的理想材料之一。以碳纳米管为柔性材料制备的柔性应变传感器在智能纺织品中的应用为研究内容,从碳纳米管的结构组成、性质及其应用等方面,介绍碳纳米管柔性应变传感器的研究现状;从材料选择、制备方法、性能测试及应用等方面,阐述以碳纳米管纤维和碳纳米管薄膜为柔性材料制备的柔性应变传感器的特性和功能;从制备难点、生产成本、实际应用效果等方面,对碳纳米管柔性应变传感器的优缺点进行评述。研究认为,在大应变下具有高灵敏度将是今后碳纳米管柔性应变传感器研究的方向。     

碳纤维无钯化学镀镍前处理工艺

 传统的碳纤维化学镀镍采用PdCl2-SnCl2前处理,该工艺过程繁多、需消耗大量的贵金属钯且成本高。本研究采用无钯化学镀方法对碳纤维进行化学镀镍前处理。研究了硝酸处理时间对镍镀层的作用关系,表明30min最佳。分析了碳纤维络合吸附Ni2+过程中Ni2+与其增重率的关系,推导了Ni2+吸附过程的动力学方程,吸附反应的平衡常数K=2.525,推导所得曲线与实验曲线基本一致。讨论了反应温度对镀层中P含量的影响,反应温度为80℃时,镀层中P含量达最大值11.42%。通过SEM、DSC、XRD分析对比KBH4-NiSO4无钯前处理法与PdCl2-SnCl2前处理法所得镀层,表明用无钯化学镀方法得到的镍镀层能达到传统镀层的均匀性、紧密性、粘合性、抗氧化性。     

Research of Degumming Process, Microstructure and Properties of Mulberry Fiber

More and more novel nature fibers are used in textiles. The natural fibers include banana fiber, pineapple fiber and bamboo fiber etc. In this paper, as a kind of novel natural fiber, mulberry fiber is studied. The chemical component of mulberry bast is tested and analyzed. Meanwhile, the degumming method and process of mulberry bast are studied. Chemical degumming experiments to investigate the influence of alkali concentration, alkali boiling time and sodium phosphate tribasic ratio to material are conducted. Consequently, optimum parameters are obtained. The crystallinity of mulberry fiber is tested by using X-ray line, and the photos of scanning electron microscope （SEM） are observed. Testing results of the fiber properties （e. g. fineness, tenacity, length and elongation） show that mulberry fiber can be spun blend with cotton.     

立式离心铸造磨球充型过程的影响因素研究

分析了立式离心铸造磨球充型过程的影响因素,并对立式离心铸造磨球充型过程的轨迹进行了计算,发现在离心力作用下,无论初始条件如何变化,充型过程的轨迹都为近似渐开线．由于初始条件不同,轨迹形状和充型时间将发生变化．通过对不同横浇道形状的水模拟试验得到：近似于离心力场中运动轨迹的横浇道形状型腔中的液体量最多,其次是折线形和喇叭形的,长直形的最差．