相变蓄热材料融化速率影响因素的研究

该文提出了一种新的相变蓄热板模型,并对其相变材料融化过程进行了数值模拟研究。同时分析了不同的参数变化对蓄热过程的影响程度,并且获得了融化速率曲线图、融化时间与相变界面移动规律图像。模拟结果得出导热系数才是影响蓄热材料融化速率、融化界面移动距离的关键参数。实验研究表明在各物性参数一定时,多管排列与单管排列相比较,融化效果更好、更均匀;而单管时融化距离最远可达到7 cm处,因此蓄热板内多管排列时管间距可设计在12~16 cm的范围内。     

高温填充床蓄热过程传热特性的实验研究

高温蓄热是太阳能热发电、高温热利用等的重要组成部分.本文建立了高温填充床蓄热系统实验装置,采用高温三元熔盐作为传热流体介质,分别采用陶瓷球颗粒和相变球颗粒作为填充材料对蓄热系统进行了实验研究,对蓄热系统进行了整体性能测试.分别得到了显热蓄热和相变蓄热过程中不同时刻、不同测点的温度变化和蓄热量的变化规律,可为蓄热系统的设计提供实验参考.     

相变储热/辐射器式热沉传热特性数值模拟

本文采用焓法建立了具有传导与对流换热耦合边界相变储热装置的三维数学模型,利用整场求解法对控制方程进行了计算。计算过程中考虑了相交材料液相自然对流和空穴的影响,与实验结果进行了对比,验证了模型和程序的可靠性,并对影响相变储热器性能的因素进行了分析.     

低熔点混合硝酸盐相变传热过程研究

为得到混合熔盐在单罐蓄热系统内的相变传热规律,本文针对具有低熔点的四元混合硝酸盐展开研究,采用VOF与焓-多孔介质耦合模型对底部加热条件下蓄热单元内相变材料(PCM)的相变蓄热过程进行模拟,并利用实验进行验证。结果表明:相变过程中罐内出现明显温度分层现象,固液界面出现波动。蓄热单元中所产生的自然对流强弱直接影响热量传递,同时固液相界面的位置决定自然对流的发展。本文研究结果对相变材料的高效利用与单罐蓄热系统的优化提供理论依据。     

相变蓄热体的热工特性数值模拟

为了深入研究蓄热式换热器的蓄放能效果,提出了采用具有相变材料的蓄热体强化蓄放热,通过gambit软件建立了三维蓄热体相变传热过程的物理模型和数学模型,利用fluent软件模拟了具有相变材料的蓄热体与具有变截面管强化的蓄热体传热,得到了两者蓄放热过程温度场分布。根据模拟结果分析了相变材料及缩放结构对蓄热体蓄放热效果的影响,为优化设计蓄热式换热器提供了理论参考。     

梯度孔隙泡沫对不同PCM蓄热性能影响研究

添加高热导率多孔骨架能够显著提高蓄热材料热导率,提升蓄热系统的蓄放热效率。本文对相变材料与梯度孔隙泡沫金属复合材料的热性能进行了数值研究。结果表明:相较于均匀孔隙结构,采用负梯度孔隙结构后,石蜡、Na_2SO_4·10H_2O和Na_2HPO_4.12H_2O三种相变材料的换热速率分别提升4.167%、8.333%和9.1%;平均蓄热速率分别提升4.35%、9.133%和10.02%.负梯度结构对换热效果的增强得益于其对靠近加热面的初始融化区域换热强度的显著提升,而正梯度结构削弱了该阶段换热强度。因此,梯度孔隙结构对相变换热的影响相较于均匀孔隙结构更强,并且对于不同相变材料这种影响程度有明显差异。     

平板微热管式相变蓄热装置蓄放热特性研究

本文提出一种基于平板微热管阵列的低温相变蓄热装置。该装置以平板微热管阵列为核心传热元件,以月桂酸为相变蓄热材料。搭建实验测试系统对该相变蓄热器在不同空气流量和进口温度的工况下进行蓄放热试验,对蓄放热过程中平板微热管阵列的均温性能、蓄热器内部的温度变化及蓄放热功率进行了实验研究及分析。结果表明;微热管阵列组件在蓄热、放热过程中表现出良好的均温性,工作高效且稳定;相变蓄热装置的实际蓄放热性能优良,平均蓄热、放热功率分别为418 W和353 W。     

填充泡沫金属的熔盐相变蓄热过程模拟

本文以管肋式熔盐相变蓄热结构为对象,将相变材料填充入高孔隙率泡沫金属中以弥补熔盐导热系数低的缺陷。考虑周期性边界和重力方向相邻结构的影响,以三层管肋式结构代替整个系统建立多孔介质固-液相变输运三维物理数学模型。利用数值模拟方法,探讨在重力环境中,管式加热条件下相变材料蓄热过程的传热性能。揭示出相变界面随时间的演化,以及自然对流对蓄热过程的作用机制;讨论了泡沫金属、肋片参数及加热温度对蓄热能力的影响。     

水平圆柱相变单元蓄放热动态特性研究

通过实验和数值方法研究了水平圆柱蓄热单元蓄、放热过程中换热特性的共性和差异,分析了壁面温度在高于/低于相变温度10 K的间隙性周期热边界条件下,蓄放热单元的热动态特性。结果表明,在相变起始阶段,蓄、放热过程主要以导热换热方式为主;随着蓄放热过程的进行,蓄热过程的换热方式转变为以自然对流主导,放热过程则仍以导热主导。在本文所研究的等温差等时长的间歇交替蓄-放热循环中,由于蓄热融化速率大于放热凝固速率,会出现由不稳定状态发展到周期稳定状态的演变过程;在周期稳定工况下,蓄放热单元会在完全液相到液固两相共存间交替变化。     

新型平板热管相变换热器储放能过程的研究

将新型平板热管作为换热元件引入相变蓄热系统,研制了一套新型的平板热管式相变蓄热换热器。蓄热换热器采用石蜡作为蓄热材料,对其蓄、放热过程进行了实验研究,得到了不同时刻换热器内石蜡温度分布。改变供、取热流体温度,分析了流体入口温度对换热器蓄放热过程的影响,分析了新型平板热管在蓄放热过程的均温性能以及换热器的蓄放热效率。结果表明,新型平板热管相变换热器蓄、放热效果良好。     

热管式相变蓄热换热器储/放能过程中传热特性的实验研究

将热管作为换热元件应用于相变蓄热系统中,研制了一套热管式相变蓄热换热器。采用石蜡作为蓄热材料,对其储、放能过程即内部石蜡的融化与凝固过程进行了实验研究。测定了储、放能过程中不同时刻换热器内石蜡的温度分布; 改变供、取热流体参数,分析了供/取热流体的入口温度与流量对换热器储/放能过程的影响;分析了储、放能过程中能量随时间的变化情况。结果表明,热管在本换热器内极好地发挥了换热元件的作用,换热器运行状况良好,各项功能均能较好地实现。     

空调蓄冷材料研究现状及其新进展

分析了空调蓄冷材料研究现状及存在的一些问题 ,提出研制一种新型空调复合蓄冷材料 ,通过实验 ,分析该蓄冷材料的融点、融解热等热学性能。并通过实验研究寻找到了一种新型空调蓄冷材料 ,测试结果表明该蓄冷材料具有较高的相变潜热、适宜的相变温度和较好的热稳定性 ,因此可被应用于蓄冷空调系统中。     

纳米石墨烯片-正十八烷复合相变材料制备及热物性研究

本文分别制备了纳米石墨烯片质量分数为0%, 0.5%, 1%, 1.5%, 2%的纳米石墨烯片-正十八烷复合相变材料,并通过扫描电镜测试、红外光谱分析、差示扫描量热实验及导热分析等实验对其形貌结构及热物性进行表征和研究.实验表明本文制备的纳米石墨烯-正十八烷复合相变材料具有很好的相变稳定性;当纳米石墨烯片的质量分数达到2%时,复合相变材料的导热系数相对于纯十八烷高出了89.4%.     

Lattice Boltzmann simulation on thermal performance of composite phase change material based on Voronoi models

Phase change materials(PCMs) are important for sustaining energy development. For the thermal performance enhancement, the composite PCM with metal foam reconstructed by the Voronoi method is investigated in this work. The lattice Boltzmann method(LBM) is used to analyze the melting process on a pore scale. The melting interface evolution and temperature contour of the composite PCM are explored and compared with those of pure PCM. Moreover, structure parameters including the pore density, porosity and irregularity are investigated comprehensively, indicating that the additive of metal foam strengthens the melting performance of PCM obviously. Compared with pure PCM, the composite PCM has quick rates of the melting front evolution and heat transfer. The heat conduction plays a great role in the whole melting process since the convection is weakened for the composite PCM. To improve the melting efficiency, a larger pore density and smaller irregularity are recommended in general. More significantly, a suitable porosity is determined based on the requirement for the balance between the melting rate and heat storage capacity in practical engineering.     

Influence of void ratio on phase change of thermal energy storage for heat pipe receiver

In this paper, influence of void ratio on phase change of thermal storage unit for heat pipe receiver under microgravity is numerically simulated. Accordingly, mathematical model is set up. Numerical method is offered. The liquid fraction distribution of thermal storage unit of heat pipe receiver is shown. Numerical results are compared with experimental ones in Japan. Numerical results show that void cavity prevents the process of phase change greatly. PCMmelts slowly during sunlight periods and freezes slowly during eclipse periods as the void ratio increases. The utility ratio of PCM during both sunlight periods and eclipse periods decreases obviously as the void ratio increases. The thermal resistance of void cavity is much higher than that of PCMcanister wall. Void cavity prevents the heat transfer between PCM zone and canister wall.     

封装有相变材料的金属泡沫复合散热器实验研究

相变材料的固液相变具有较高的相变潜热且相变体积变化小,在间歇性工作的电子器件的温控中得到广泛的应用。本文采用将铜泡沫嵌入相变材料中的方法来强化固液相变的传热性能的方法,提出一种封装有金属泡沫和相变材料的复合式散热器结构,实验研究了该散热器的加热表面的温度与时间的变化关系,分析铜泡沫孔隙率、孔密度以及石蜡物性等各个参数对该复合式热沉散热效果的影响。     

相变储热体释热强度研究

对相变储热体以导热为主的释热过程,可以应用一维相变导热模型描述。当进一步简化,认为散热表面的温度低于相变温度且保持不变,不考虑液相区的自然对流和固液两相有明确的分界面,利用Neuman解法求解出释热过程的热强度,并通过实验进行研究。理论与实验结果比较表明,其相对误差不大于5％,从而证明这种方法可作为这类储热体的设计基础。     

Experimental Investigations on Latent Heat Storage Unit using Paraffin Wax as Phase Change Material

Thermal performance of a latent heat storage unit is evaluated experimentally. The latent heat thermal energy storage system analyzed in this work is a shell-and-tube type of heat exchanger using paraffin wax (melting point between 58°C and 60°C) as the phase change material. The temperature distribution in the phase change material is measured with time. The influence of mass flow rate and inlet temperature of the heat transfer fluid on heat fraction is examined for both the melting and solidification processes. The mass flow rate of heat transfer fluid (water) is varied in the range of 0.0167 kg/s to 0.0833 kg/s (1 kg/min to 5 kg/min), and the fluid inlet temperature is varied between 75°C and 85°C. The experimental results indicate that the total melting time of the phase change material increases as the mass flow rate and inlet temperature of heat transfer fluid decrease. The fluid inlet temperature influences the heat fraction considerably as compared to the mass flow rate of heat transfer fluid during the melting process of the phase change material.     

相变乳状液的储冷模型与参数分析

本文建立了一种乳化的非牛顿相变功能流体的循环储冷模型,对影响其储冷性能的各项参数进行了模拟计算和分析。得出了描述不同储冷条件下与初始温度相关联的显热段和与乳液浓度相关联的潜热段储冷性能特征的无量纲关联式,以及储冷速率的相对比较。计算结果与有限条件下的测试结果基本吻合。该研究结果对采用潜热型功能相变流体储冷装置的设计具有参考价值。     

方腔内相变材料固液相变传热研究

基于相变材料(PCM,phase change material)的相变储能设备具有储能密度高的特点。本文建立了基于相变储能元件伪焓模型的固液相变格子Boltzmann模型,研究了内部管道位置、方腔倾斜角度对PCM融化过程的影响规律。结果表明,在内管道靠近方腔上部时,由于上部界面(固液相变界面或上壁面)对自然对流阻碍作用,使PCM的融化速率减慢。但是,在此时使方腔发生倾斜,会改变管道热流体到上部界面的距离,强化PCM的热质传递过程,使融化加快。