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。     

考虑电池产热的多孔介质复合相变材料的传热性能

高能量密度电池作为新能源汽车的主要能源，其热安全问题受到学者们的广泛关注，而电池热管理系统能有效防止电池热失控。该文基于相变热管理技术原理，构建多孔介质复合相变材料(CPCM)的传热与电池产热的耦合模型，利用数值算法与粒子图像测速技术(PIV)相结合的研究方法，开展了多孔介质复合相变材料中锂离子电池的产热规律及复合相变材料的传热性能研究。结果表明：多孔介质可以有效地加速相变材料的熔化进程；复合相变材料可以减缓电池温度的上升速率；电流强度对热管理系统的熔化进程、储热量以及储热效率有明显影响。复合相变材料可以提高电池内部散热效率从而减缓电池温度的上升。当考虑双体电池模型时，应尽可能在电池间保持一定的空间，从而有利于电池热管理系统的散热。