建筑围护结构中相变材料的应用

介绍了相变材料用于建筑围护结构在减少建筑耗能、减轻建筑物自重等方面的优势,提出了建筑围护中使用相变材料的要求,展示了相变建筑材料在围护结构中的运用形式,指出了现阶段相变材料应用于建筑围护结构面临的主要问题.     

相变材料物性与轻质相变围护结构节能研究进展

针对轻质建筑围护结构材料降低了围护结构热容的问题,采用合理利用相变材料(PCM)的相变潜热的方式,以提高建筑围护结构的热容.阐述了国内外学者对PCM物性特征的研究成果,对比分析了PCM的热性能与传统保温材料的不同之处.同时,研究了目前对轻质PCM建筑构件的节能研究进展与热工评价指标,并基于当地的实际气象条件、室内目标温...     

以R22为冷却剂的闭式循环相变喷雾冷却实验研究

为了获得相变喷雾冷却特性,设计并搭建了以R22为冷却剂的闭式循环喷雾冷却实验平台,研究了制冷剂R22的相变喷雾冷却性能。实验在喷雾高度为22 mm、喷雾腔压力维持在0.34MPa、喷嘴入口温度保持在-3℃的条件下进行。实验结果表明:当维持喷嘴入口压力为定值时,随着加热功率的增大,热流密度增大,表面换热系数先快速升高但在接近临界热流密度时有所下降;当调节入口压力时,随着喷嘴入口压力从0.6MPa升高至1.0MPa,临界热流密度呈现出先升高后降低的趋势;当入口压力为0.8MPa时,系统所能达到的临界热流密度最高,为276.1W.cm-2,相应的喷雾冷却壁面温度为26.8℃,说明当使用R22为喷雾介质时,文中实验系统具有高热流密度及低冷却表面温度的显著特点。     

相变蓄热装置强化换热技术研究进展

相变蓄热具有蓄热密度高、蓄放热过程温度稳定和蓄热装置体积小等特点,具有较大的应用前景,但由于相变材料导热系数较小,严重影响了蓄热装置的蓄放热速率。因此,为提高蓄热装置的蓄放热性能,研究人员对此做了大量研究。该文对目前主要的蓄热方式和相变材料的特点进行了介绍,同时对相变蓄热强化换热技术的研究进行了深入的总结与分析,提出了目前相变蓄热装置存在的问题,并对未来研究方向提出建议。     

采用R134a工质的相变喷雾冷却性能实验研究

为了研究大热流密度相变喷雾的冷却特性,搭建了以R134a为冷却工质的闭式循环喷雾实验台,开展了采用R134a工质的相变喷雾冷却性能实验。实验工况为:喷雾高度13mm,喷雾腔压力0.2MPa,喷嘴入口温度0℃,喷雾流量范围为0.210 7~0.355 8L/min。实验结果表明:当喷雾流量保持不变时,增大加热功率,热流密度增大,表面换热系数先快速升高最后有所下降;随着喷雾流量从0.210 7L/min增加到0.355 8L/min,临界热流密度呈现上升趋势;当流量为0.355 8L/min时,获得最高的临界热流密度(CHF)为94.75 W/cm2,此时冷却表面的壁面温度为35.42℃。这说明使用环保工质R134a作为冷却剂的喷雾冷却系统能同时满足高热流密度和低换热表面温度的要求,具有良好、稳定的换热冷却能力。     

确定墙体表面换热系数的辨识方法探讨

实测了墙体表面热流和墙体表面与室内空气之间的温差,并通过遗传算法和最小二乘法辨识分别得到了各算法的表面换热系数估计值,比较热流实测值和两种算法的热流预测值,可知遗传算法的预测热流与实验热流非常吻合,说明遗传算法是一种利用墙体表面的动态实验数据获得表面换热系数的有效方法,并且具有很高的精度。     

相变回填材料中石墨体积分数对PHC能源桩换热性能的影响

通过掺入石墨可以提高相变材料的导热性能,为探究预应力高强度混凝土(pre-stressed high-strength concrete,PHC)能源桩桩芯回填材料中石墨体积分数对桩换热性能的影响,开展了PHC能源桩模型试验,并建立基于试验验证的数值模型。分析了不同石墨体积分数对PHC能源桩的进出口温差、桩身温度和回填材料相变状态的影响,结果表明：PHC能源桩的进出口温差随石墨体积分数的增加而增大;PHC能源桩换热时间一致时,桩身温度随着石墨体积分数的增加而上升,而桩体沿轴向的温度增量变化并不显著,分布较为均匀;回填材料的相变速度随石墨体积分数的增加而加快。     

相变材料在集装箱建筑夏季隔热中的性能研究

集装箱无蓄能围护结构箱体能耗和室内温度波动都较大,传统的围护结构设计方法无法将室内温度有效维持在舒适的温度区间内.将相变储能技术合理地应用于集装箱围护结构设计中能够大大提升其热工性能并有效地调整室内的温度波动.以微胶囊相变材料为例,通过利用Design Builder软件模拟分析法研究建筑内扰、相变层设计等影响参数对其调温性能的影响规律,分析相变材料在集装箱箱体复合围护结构中的适应性设计方法,可知集中在白天使用的集装箱建筑采用厚30 mm、相变点为29℃的相变复合墙体能够有效提高建筑夏季热舒适度,得出集装箱相变复合围护结构优化设计方法及对室内热舒适的影响规律,为相变材料在集装箱建筑中的设计应用及评价方法提供了理论支持.     

基于Fluent的柴油机缸内辐射换热分析

采用三维CFD软件,以135直喷式柴油机为对象,运用多维燃烧模型,对缸内燃烧过程进行数值模拟。在设定工况下,模拟出在给定的曲轴转角下火力面的辐射热流分布,然后计算并比较了不同工况下的辐射换热量。结果表明Fluent所提供的燃烧模型可以作为预测柴油机缸内燃烧的一种有效手段,并为进一步研究同类型柴油机的燃烧性能提供了依据。     

相变材料对砂浆热效应的影响

研究了相变材料状态、掺量对砂浆热效应的影响；系统研究了有机相变材料（某多元醇）嵌入到导热系数较高的二氧化硅纳米层空间内，制备有机-无机纳米复合相变蓄热材料的工艺条件及其效果．结果表明：相变材料直接掺人砂浆中掺量达1％～3％（占砂浆胶凝材料质量分数），具有明显的蓄热降温效应，但在50℃环境下耐久性明显下降；复合相变材料较纯相变材料相变潜热提高1．66倍，50℃环境下耐久性明显提高．     

相变储能材料的相变过程温度模型

基于集总参数法和矩形相变等效比热假设建立了相变材料的相变过程温度模型．该模型与实验结果吻合很好．利用该模型定量研究了环境温度、相变潜热、相变温度范围和换热效率等多种因素对相变行为的影响，初步得出如下结论：环境温度对相变开始时间和持续时间均有明显影响，随着环境温度的升高，该二时间呈指数形式下降；相变材料的潜热对相变开始时间没有影响，对相变持续时间有明显影响，持续时间随潜热线性增加；相变温度范围对相变开始时间也没有影响，而相变持续时间随相变温度范围的增加平缓地增加；相变材料与环境之间的换热效率显著影响相变过程开始和持续的时间，二者随换热效率的提高呈指数形式下降．     

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。     

太阳能相变蓄热炕的实验及数值模拟研究

为实现太阳能相变蓄热炕的快速升温,采用毛细管网及配置高导热复合相变材料来提高炕体的热响应时间,通过数值模拟与实验研究相结合的方法对炕体的热工性能进行研究。本文首先对比不同熔点石蜡的差示扫描量热(differential scanning calorimetry,DSC)曲线,选取35#石蜡作为研究对象,采用熔融混合法制备不同配比的石蜡-膨胀石墨复合定形相变材料;并通过渗漏测试确定最佳配比。实验表明:当膨胀石墨质量分数为8%时,复合定形相变材料渗漏率较低,为兼顾储热、导热性能的最佳配比。将石蜡复合相变材料应用于太阳能相变蓄热炕,通过计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)建立三维非稳态传热模型,对炕体进行24 h供热模拟设计;模拟表明:太阳能相变蓄热炕在昼间垫面温度达到24.2 ℃,夜间垫面温度达到30.2 ℃。通过Trnsys(transient system simulation program)软件对组合式系统进行运行模拟发现:组合系统均可达到设计的45 ℃及以上;另外,组合式系统全年节电量为2 974.7 kW·h,或节省标准煤469.9 kg,或减少二氧化碳1 240.5 kg、一氧化碳70.9 kg、PM₁₀6.8 kg等,节能减排量显著。     

螺旋管式相变蓄能换热器的蓄冷特性

将螺旋管式相变蓄能换热器应用于太阳能-空气源复合热泵系统中,搭建了该系统的蓄冷试验台并进行蓄冷实验。通过实验测得了系统各测点的蒸发压力、冷凝压力以及所研究的相变蓄能换热器内部换热材料的温度。通过理论计算得出各环节的能量以及COP,并且绘制出了这些参数随时间变化的趋势图。最后分析了整个蓄冷实验过程中各个参数的变化规律和影响因素,总结了螺旋管式相变蓄能换热器的蓄冷特性。     

三重同心套管相变传热的数值模拟与实验研究

通过数值模拟与实验,研究了三重同心套管内的相变传热过程。相变材料填充在三重同心套管的夹层内,热流体和冷流体分别在套管外层和内层中流动。根据能量守衡,运用了一种简化数值模拟方法(称为温度热阻叠代法)计算分析了三重同心套管内凝固过程。搭建了实验台,实验验证了数值模拟结果,并得出冷流体的入口温度及流量对释热量的影响规律。     

三重同心套管相变传热的数值模拟与实验研究

通过数值模拟与实验，研究了三重同心套管内的相变传热过程。相变材料填充在三重同心套管的夹层内，热流体和冷流体分别在套管外层和内层中流动。根据能量守衡，运用了一种简化数值模拟方法（称为温度热阻叠代法）计算分析了三重同心套管内凝固过程。搭建了实验台，实验验证了数值模拟结果，并得出冷流体的人口温度及流量对释热量的影响规律。     

相变背心降温性能的实验研究

为缓解夏季高温环境下工作人员所产生的热应激,通过研究设计了一款相变降温背心。通过在环境仓模拟四个不同的工况(在相对湿度为65%的情况下,温度分别为25 ℃、30 ℃、33 ℃和36 ℃),对降温背心进行降温性能研究。结果表明:随着工况温度的提高,受试者着装有无相变材料的降温背心,在相同测点的温差逐渐增大;由于身体跑步姿态的影响,后背降温效果要优于前胸降温效果;前胸实验组空白组相同测点平均温差最大为2.85 ℃,后背实验组空白组相同测点平均温差最大为6.7 ℃;在36 ℃条件下,前胸相变材料降温作用时间约为后背的一半。总体表明,该降温背心有一定的降温效果且作用时间较长。     

相变材料对家用水箱性能的影响及相变层厚度优化

基于相变蓄热水箱的发展现状,结合家用生活热水系统相关设计规范及标准,对相变水箱的结构进行了设计,并采用有限元软件对相变水箱的性能进行了模拟研究.首先建立了相变水箱的数值计算模型并利用实验数据验证模型的准确性;在此基础上,通过蓄放热阶段水温响应特性、相变材料温度及液相比等参数,对相变水箱的蓄放热特性进行了研究;另外,比较分析了不同相变层厚度参数对相变水箱蓄放热过程的影响,并对相变材料的用量进行了优化.结果表明,对于家用水箱,增设相变材料层可以延长水箱蓄热过程;在水箱放热过程中,放热时间随着相变层厚度的增加呈现先延长后缩短的变化趋势;与其他相变厚度的模拟工况相比,相变层厚度为30 mm时,水箱的释热性能最佳,放热时间较普通水箱增加10％左右,且维持水温处于较高温度的时间有所延长.可见相变材料的蓄放热特性直接影响着家用水箱的性能,寻求相变材料的最优用量可为相变水箱的设计及实际应用提供参考.