石蜡/膨胀石墨/石墨片复合相变材料导热性能研究

相变材料的导热性能对蓄热能力和能量转化速率具有重要影响。本文以58号全精炼石蜡为基底相变材料,利用真空吸附法将石蜡与膨胀石墨结合,再通过搅拌将石墨片与材料均匀混合,以模压法制备了定形复合相变材料,并通过实验测试了复合相变材料不同方向导热系数。实验结果表明:制备的复合相变材料导热性能具有明显的各向异性,垂直于压缩方向的导热性能远高于压缩方向的导热性能;同时也发现石墨片的添加可以有效的增强复合相变材料的导热性能,复合相变材料压缩方向导热性能随石墨片的添加先增大后减少;垂直于压缩方向的导热性能随石墨片的添加线性增强。     

带环状翅片管式相变储热器的数值模拟

相变材料的低导热性是相变储热器传热过程的主要障碍。在相变材料侧进行强化,是目前提升相变储热器蓄热速率的主要方法。本文采用有限容积法对带有环状翅片的管式相变储热器的蓄热过程进行了数值模拟,得到了温度场、相界面随时间的变化。在此基础上,本文对翅片导热系数、翅片厚度和翅片间距等影响储热速率的因素进行了计算和分析。为相变储热器的优化设计提供了一定的参考。     

膨胀石墨基十二烷复合相变蓄冷材料的性能研究

本文以十二烷为相变材料,利用膨胀石墨多孔吸附特性制备出十二烷/膨胀石墨复合相变蓄冷材料。通过扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)和热常数分析仪(HotDisk)对复合相变材料的结构及热性能进行了表征。实验结果表明,十二烷被膨胀石墨均匀吸附,吸附后膨胀石墨保持了原来的疏松多孔的蠕虫状形态。复合相变材料的相变焓值随着添加的膨胀石墨质量分数增加而降低,导热系数随着添加的膨胀石墨质量分数增加而增加。相变材料质量分数为80%,复合相变材料熔化焓和凝固焓分别为132.8 J/g和132.5 J/g,表观密度为700 kg/m~3时,导热系数为2.64 W/(m·K)。复合相变材料具有良好的热循环稳定性能。     

棕榈酸/膨胀石墨复合相变材料的制备及性能研究

棕榈酸是有机固液相变材料,本文通过添加膨胀石墨对其性能进行改善并采用扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、充/放热性能测试对制备出的膨胀石墨质量分数分别为1%,3%,5%,8%的棕榈酸/膨胀石墨复合相变储能材料的结构及热性能进行表征。结果表明,棕榈酸/膨胀石墨复合相变材料保持了膨胀石墨原来疏松多孔的蠕虫状结构,其相变温度与棕榈酸相似,相变潜热与对应质量含量下的棕榈酸相当;随着膨胀石墨添加量的增多,受到黏度和自然对流双重作用的影响,复合相变材料的蓄放热速率先减小后增大,因此适量的膨胀石墨可改善棕榈酸的传热性能。     

正二十四烷烃石蜡/膨胀石墨（EG）复合相变材料分子动力学模拟

相变材料(PCMs)在相变时的恒温、高能量密度等特性,经常应用于设备的热管理,但是PCMs导热系数低的缺点影响了其使用范围.本文采用分子动力学方法,模拟了在正二十四烷烃石蜡PCMs中添加不同结构(层状、交叉状)的膨胀石墨(EG)之后构成的复合PCMs的物性.文章通过径向分布函数(RDF)、声子态密度(PDOS)、比热容和导热系数这四个指标,分析了夹角为0°的层状结构,夹角为45°、90°的交叉状EG添加物对于石蜡热物性的影响. EG(0°、45°、90°)添加使得石蜡的原子分布在不同程度上变得更加均匀、紧密,使得石蜡的比热容有所增加.同时,两种类型的添加物提高了石蜡的PDOS,提高了导热系数.其中,EG(90°)添加物对于石蜡导热系数的提升最为明显,石蜡/EG(0°、45°、90°)模型中EG的含量分别为33.63 wt%、30.86 wt%和23.20 wt%,相比于的石蜡的导热系数分别提升了417.1%、345.7%和522.9%. EG的添加能够提高石蜡的导热系数,不同结构的EG对石蜡导热系数的影响有着较大的区别.     

金属泡沫中填充石蜡的相变换热特性实验研究

本文对金属铜泡沫填充石蜡的相变换热特征进行了实验研究,通过测试试件加热面及内部的温度响应曲线,分析了金属泡沫填充及自然对流对石蜡非稳态相变换热过程的影响。研究结果表明,采用顶部加热方式时,石蜡内部的换热以纯导热为主,而采用底部加热时,液态石蜡内的自然对流作用使相界面移动速度更快,试件内部温度一致性更好,同时在相变对流区可实现对加热面的温度控制。金属泡沫的填充可强化石蜡内的导热但抑制液态石蜡的自然对流,前者使得试件加热面温升减缓,相界面移动加快,后者则导致底部加热时石蜡的相变区分为相变导热区和相变对流区。金属泡沫的导热强化能力在试件换热中占据主导作用。     

壳管相变蓄热器强化传热实验研究

为了强化相变蓄热器传热性能,本文设计了三种新型壳管相变蓄热器结构,并对其换热性能进行实验研究。结果表明:在蓄热器内部添加分层结构和斜翅片换热性能最高,内部温度达到均匀化的时间随换热单元数增加而增大;换热管道间翅片的添加可有效地强化换热效果,改善蓄热器内部出现的温度严重分层现象,温度分布更加均匀;在研究范围内,换热流体温度的增加可有效提高蓄热器的换热效率,缩短相变时间。     

管壳式相变蓄热系统性能实验研究

相变蓄热(LHTES)系统利用相变材料(PCM)的潜热可有效地提高系统的储热能力。通常,PCM的导热系数低,使LHTES系统的应用受到了限制。本文通过向十五烷中添加膨胀石墨提高导热系数,分别采用纯十五烷和含有质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷,在不同水流量下,对管壳式LHTES系统的储热特性进行了实验研究。实验结果发现:当储能介质为质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷时,放冷过程中有效储热系数和相对储热率在Re=4298时出现明显峰值,换热效率与储热能力达到相对平衡。并且,当Re=4298,采用含有质量分数为30%膨胀石墨的复合十五烷与纯十五烷相比,系统的有效储热系数可最高提升336.84%。     

列管式相变储能换热器强化换热的数值研究

在考虑自然对流的情况下,利用FLUENT软件研究了进口工况、模型结构、相变材料物性及相变材料组合对列管式相变储能换热器储热换热性能的影响。结果表明:在进口功率一定的条件下,提高进口温度或进口速度对强化换热效果影响不大;管内添加翅片及提高相变材料导热系数对强化换热较为显著,最佳的翅片结构较光管结构的完全熔化时间缩短了30.7%,但在一定程度上削弱了自然对流的作用;对于管列数较多的情况,使用相变材料组合是一种有效的强化换热方式.     

快速热响应复合材料的储/放热性能分析

以膨胀石墨为无机支撑材料、石蜡为有机相变材料,制备出高导热系数和储热密度的快速热响应复合材料,并构建传热性能测试系统对该复合材料的储/放热性能进行研究分析。研究结果表明,复合材料不仅能在熔融状态下保持形状稳定,而且显著提高了在储/放热过程的传热性能,从而有效地解决了传统相变材料高储热密度和低导热系数之间的矛盾。     

纳米金属-赤藻糖醇蓄热体系的研究

移动供热技术的关键在于蓄热材料。针对当前移动供热技术中,相变材料导热系数低、相变温度低、放热不稳定等不足,本文设计开发了一种新型纳米复合蓄热相变材料。研究了纳米铜、纳米锌、纳米铁、纳米镍和纳米铝对赤藻糖醇的蓄热性能影响,运用时间曲线法确定纳米铜作为基材的添加物。采用超声振荡预处理和添加分散剂等方法,发现按1:1添加的油酸与十二烷基硫酸钠二元混合物8 h无沉降。对纳米铜质量分数不同的六个纳米铜赤藻糖醇样本材料性能进行测定,结果表明添加0.4%的纳米铜赤藻糖醇过冷度下降89.5%,潜热值下降0.3%,固态、液态导热系数分别增大2.8倍和3.3倍。     

石蜡-碳纳米管复合材料的热物性研究

为提高石蜡作为相变蓄冷材料的导热性能,制备了碳纳米管添加量分别为0%、1%、2%、3%、4%、5%的石蜡-碳纳米管复合材料,并对其热物性及稳定性进行实验研究。结果表明,随着碳纳米管添加量的增加,复合材料的相变温度基本不变,相变潜热逐渐减小,导热系数逐渐增大。在添加量为5%时,复合材料的融化和凝固相变潜热分别为128.2 J/g和134.4 J/g,比纯石蜡相对减小了15.5%和13.8%;固态和液态导热系数分别为0.487 W/(m·K)和0.516 W/(m·K),比纯石蜡相对提高了39.5%和40.3%,同时具有较好的循环稳定性。     

相变材料介质阻断电池热失控传播特性研究

针对锂离子电池热失控传播问题,以石蜡/膨胀石墨复合相变材料为电池模组热管理介质,建立电池热失控传播二维数值计算模型。通过改变膨胀石墨与石蜡的质量分数得到不同导热系数与相变焓的复合材料,探究关键设计参数对电池热失控传播的阻断特性。研究结果表明相变材料能够有效延缓甚至阻断热失控的传播,当导热系数较低或较高(如0.3和21.01 W·m^-1·K^-1)时皆能阻断热失控传播,对于中间导热系数材料的模组,首次热失控传播时间间隔随导热系数升高而增加,而后续传播间隔随着导热系数升高而减小。     

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。     

电加热式平板微热管阵列相变蓄热器蓄放热性能研究

本文提出了一种基于相变蓄热技术和平板微热管阵列技术的电加热式蓄热器,阐明了该装置的结构形式和工作原理,并对其单独蓄/放热与同时蓄/放热过程的热特性进行了研究。该新型电蓄热器采用12支带有百叶窗翅片的平板微热管阵列作为传热元件,蓄热器内填充18 kg的67#工业石蜡。蓄热工况采用不同加热功率(0.2～2.0 kW)对该电蓄热器进行加热,放热时控制放热流体体积流量(20～120 m³/h)和放热流体温度(15～27?C)进行放热。实验结果表明：在不同的运行模式下,该新型电蓄热器运行高效稳定,在单独蓄放模式下,测试结果显示装置的蓄、放热效率可达到99%和89%。     

大功率短时加热条件下相变储能式热沉瞬态性能及其优化的实验研究

为了评估相变储能式散热技术在间歇式大功率电子器件热管理中的适用性,本文采用实验方法研究了在短时大功率(60~120 W)较高热流密度(5.3~10.5 W·cm~(-2))加热条件下相变储能式热沉的瞬态性能.实验结果表明,在不同的加热功率下,采用相变储能式热沉可以将冷却目标的温升最多降低约40℃,而其平均等效热阻能比传统热沉降低30%以上,体现了明显的性能优势.此外,通过添加翅片的方法可以进一步改善相变储能式热沉的性能.如果设定电子器件正常的工作温度为80℃,有翅片的热沉能将有效保护时间延长多达130%.在大功率短时加热条件下,采用相变储能式热沉能够达到理想的散热效果,而通过强化传热手段可以进一步优化其性能.     

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。     

环境温度与对流换热系数对电池散热性能的影响研究

为提高动力电池散热能力,优化工作性能,本文采用数值模拟方法,分析环境温度、对流换热系数对填充相变材料动力电池散热效果的影响,并对比分析导热系数为0. 21 W/(m·℃)的纯石蜡和导热系数为16. 6 W/(m·℃)的复合相变材料散热性能。结果表明,环境温度升高,电池温升速率加快,相变材料相变时间点提前,相变时间缩短,电池冷却效果变差;对流换热系数增加5 W/m~2,相变材料相变时间延长2 000 s,电池温升推迟,但当电池持续工作、相变材料完全融化时,电池温度不再受控制,这说明单一的相变冷却已不能满足电池散热要求,须外加空气冷却、液体冷却辅助散热。     

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。     

改性CaCl2·6H2O混合相变蓄热材料的制备与特性

选用碳素材料(C)石墨(Gr)、石墨烯纳米片(GnPs)、多壁碳纳米管(MWCNTs)和SrCl_2·6H_2O (SCH)为改性剂添加至无机相变材料CaCl_2·6H_2O (CCH)中,制备出不同质量分数碳素材料的无机混合相变蓄热材料C/0.2%SCH/CCH,并表征混合相变材料性能。结果表明:混合相变材料液态导热系数随碳素材料质量分数增加均呈线性提高,其中2.0%石墨烯纳米片可将导热系数提高69.35%;XRD谱图表明碳素材料、SrCl_2·6H_2O和CaCl_2.6H_2O之间的混合都为物理作用;DSC结果显示随碳素材料质量分数增加,相变潜热逐渐降低;质量分数4.0%Gr、2.0%GnPs和2.8%MWCNTs将0.2%SCH/CCH 的放热时间分别减少了 18.0%、41.9%和 12.8%;4.0%Gr/0.2%SCH/CCH、2.0%GnPs/0.2%SCH/CCH 和2.8%MWCNTs/0.2%SCH/CCH在经历100次加速热循环实验后,相变潜热分别降至186 J/g、189 J/g和183 J/g左右,仍满足蓄热要求,混合相变蓄热材料具有良好的热循环稳定性。