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.     

石蜡/膨胀石墨复合相变材料的结构与热性能

以有机物石蜡为相变材料、膨胀石墨为支撑结构，利用膨胀石墨的多孔吸附特性，制备出了石蜡含量分别为50％（质量分数，下同），60％，70％和80％的石蜡／膨胀石墨复合相变储热材料．采用扫描电镜（SEM）和差示扫描量热分析（DSC）对复合相变储热材料的结构和热性能进行了表征．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；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．储（放）热性能测试结果表明，含80％石蜡的复合相变储热材料其储热时间比石蜡减少69．7％，放热时间减少80．2％．     

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。     

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。     

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。     

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。     

三水合醋酸钠/膨胀石墨复合相变材料的制备及其储热性能

水合盐储能材料普遍存在热导率低、过冷度大及相分离问题.本文通过熔融共混制备了以三水合醋酸钠(SAT)为主体的复合相变材料(CPCM).采用膨胀石墨(EG)作为高导热添加物强化导热系数,同时作为成核剂改善其过冷度问题.采用黄原胶(XG)为增稠剂改善复合相变材料的相分离问题.研究了复合相变材料的导热性能、相变性能及热稳定性,并基于该复合相变材料(SAT/EG/XG)搭建了高储热密度的相变储热器,研究了该装置在85℃热源、20℃冷源下的储放热性能.结果表明:膨胀石墨的加入可明显增强热导率及消除过冷度.添加2%～4%(质量分数)膨胀石墨,复合相变材料热导率可达1.12～1.81 W/(m·K),为纯SAT热导率的2～3倍,且添加0.5%～1.2%(质量分数)黄原胶可明显抑制相分离.复合相变材料具有很好的热稳定性,50次循环后其熔化温度保持在58.0℃左右,凝固温度稳定在57.6℃左右,无明显过冷度,相变焓为250～255 kJ/kg.基于该复合相变材料的储热器的储热密度可达442.7 kJ/L,是传统水箱的1.7倍,储放热效率达96.4%,具有明显的储热优势.     

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。     

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。     

石蜡/海绵复合相变材料用于接触式取暖的性能评价

石蜡类复合相变材料在加热保温领域具有广泛的应用。本研究以石蜡为相变材料、片状聚氨酯多孔海绵为载体,采用浸渍法制备石蜡/海绵复合相变材料,将其用耐高温不透水材料包覆封装后用于接触式取暖装置热水袋的传热过程实验,以评价其传热性能。实验结果表明,该复合相变材料形状稳定,用于接触式取暖装置的传热过程,具有显著的温度调控和节能储能效果。     

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。     

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。     

石蜡和石墨复合相变材料的导热性能研究

石蜡作为相变材料的不足之处在于石蜡的导热系数低.为了改善石蜡的导热系数,实验利用导热系数较大的石墨和具有较高储热能力的石蜡制备出复合相变储能材料,分析了储热、放热过程中,石墨对石蜡传热特性及相变的影响.结果表明:石墨的掺入增加了复合材料的导热速率,减小了传热的波动性;复合材料的相变时间明显提前,固液相界面的移动加快,相变时间范围明显缩短,而相变温度区间基本不变.     

石蜡微乳液在板式换热器内的流动和传热特性研究

利用实验的方法研究了不同质量分数的石蜡微乳液在板式换热器中的压力损失和传热性能.结果显示,质量分数接近50%的石蜡微乳液的储能能力强,具有流动换热性能,可以用于储能.含少量石蜡的微乳液的流动性好,其换热能力在相变温度区间内显示出略好于水的传热特性.     

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.     

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。     

太阳能吸附制冷用改性椰壳活性炭传热传质性能强化研究

为强化改性椰壳活性炭的传热传质性能,采用浸渍法制得H_3PO_4改性椰壳活性炭,并以此为载体,分别选用不同比例的铜粉和膨胀石墨制得复合吸附剂并测定了复合吸附剂的甲醇吸附容量曲线和解吸过程中的复合吸附剂温度变化曲线.实验结果表明,铜粉的添加强化了复合吸附剂的传热性能,但降低了复合吸附剂的传质性能和饱和吸附容量;而具有多孔特性和较高传热系数的膨胀石墨添加到H_3PO_4改性椰壳活性炭中制成的复合吸附剂,其传热传质性能均得到了强化,且膨胀石墨添加量为20%时,更有利于复合吸附剂的传热传质性能强化,适宜太阳能吸附制冷用改性椰壳活性炭的传热传质性能强化.     

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。