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。     

双梯度结构填充相变材料传热特性分析

建立了一种孔隙率具有梯度的多孔结构,并应用到复合相变材料(PCM)中。分析Fluent软件仿真结果发现,与无梯度、垂直梯度和水平梯度相比,水平-竖直双梯度结构的有效导热系数分别提高了16.8%、7.4%和7.3%,热传导更加均匀;双梯度结构虽会降低整体蓄热密度,却能显著提高蓄热量。     

金属有机骨架复合体的相变热特性测试

本文对SA/Cr-MIL-101-NH_2复合相变材料进行了结构的表征及测试,采用Hotdisk法热常数分析仪测量热导率,通过比较法测量得到其比热容,并由差示扫描量热仪测量复合材料的相变特性,采用伪超临界路径方法模拟了SA在受限空间内的相变过程。研究结果表明:质量分数为70%的SA/Cr-MIL-101-NH_2复合材料热导率相比于纯SA提升了64.8%,增强了整个材料的传热性能,复合材料的比热容、熔点、潜热均随着负载量的增大逐渐增大,但均小于块材SA,质量分数为70%的复合材料潜热达到115.53 J/g,保证了材料的蓄热性能;模拟得到受限空间内SA的回转半径小于自由空间,链段柔韧性增强,导致其熔点降低。     

改良六水氯化钙相变材料的制备及性能

选取CaCl_2·6H_2O相变材料为研究对象,通过实验对相变材料的制备过程进行了优化改进,得到CaCl_2·6H_2O相变材料质量配比为43.39%H_2O+45.76%Ca Cl2+8.15%Sr Cl2·6H_2O+2.7%CMC,材料蓄放热稳定,无过冷度,无明显相分离现象,测得相变温度为28.6℃,相变潜热为169.5k J/kg。最优例材料经过100次循环稳定性测试后,相变温度降低了0.8℃,出现1.4℃的过冷度,但仍表现出良好的热稳定性。实验发现纳米粒子的添加对材料的导热性能有显著的提高,且当4种纳米粒子的质量百分数均为0.2%时,复合材料的导热系数大小依次为MWCNTCuAl_2O_3TiO_2,其中添加MWCNT的导热系数达到0.7480W/(m·K),比原材料导热系数提高了31.5%。     

石墨烯/石蜡复合材料的热物理性能研究

为改善相变蓄热用石蜡的导热性能,通过向石蜡基材中掺杂微量的石墨烯制备石墨烯/石蜡复合材料。采用扫描电子显微镜、热传导分析仪和差式扫描量热仪等获取了复合材料的表观形貌、热导率、熔点和相变潜热等关键热物性参数,讨论了石墨烯质量分数对这些参数的影响。通过动态热响应实验,揭示了石墨烯质量分数和热源温度对复合材料热响应速率的影响规律。结果表明,与纯石蜡相比,石墨烯/石蜡复合材料的热导率得到显著提高。当石墨烯的质量分数由0.2%升至2.0%,复合材料的热导率由0.266 W·m~(-1)·K~(-1)提高到0.346 W·m~(-1)1·K~(-1)。复合材料的相变潜热与纯石蜡相比并未减小,且其热响应速率高于纯石蜡。     

相变材料微胶囊流体相变过程对储热蓄热影响

用石蜡混合物(以C_(19)H_(40)为主体,相变温度:25~38℃,比热容极大值出现在31.5℃左右)作芯材,树脂材料作囊壁,与水混合制备成微纳米胶囊流体,将其填充在矩形密闭容器内,在下表面加热,其余各表面绝热条件下,对相变材料相变化过程的储热蓄热特性进行分析。结果表明,相变材料相变化过程提前了自然对流的启动时间,加强了换热强度;在蓄热温度超过35℃之前,相变化的促进作用随温度增加而逐渐增强,超过35℃以后,相变化的促进作用开始减弱.     

MoO3/MoS2复合结构的制备及其光致变色性能

以Na_2MoO_4·2H_2O和C_2H_5HS为原料,采用水热法和光照法制备了MoO_3/MoS_2复合结构.使用透射电子扫描显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱仪和紫外可见分光光度计等手段表征了样品的形貌、结构和光致变色性能.结果表明:所制备的样品呈纳米线束状结构.当Na_2MoO_4·2H_2O和C_2H_5HS比例为1∶3时,样品呈黄色;当Na_2MoO_4·2H_2O和C_2H_5HS比例为1∶3以下时,样品呈蓝色.所制备样品具有光致变色效应,当Na_2MoO_4·2H_2O和C_2H_5HS比例为1∶2时,材料的光致变色性能最好.优异的光致变色性能归因于MoO_3/MoS_2复合结构具有合适的能带结构,从而有效地分离光生载流子,抑制了电子和空穴的复合.     

空气-多孔道扁管相变蓄热装置换热性能研究

空气-相变蓄热装置在农作物干燥、烟气余热回收和建筑供暖等场合需求强烈.但是目前关于空气-相变蓄热装置的研究较少且大多为平板型.本研究在已有研究的基础上,针对多孔道扁管相变蓄热装置存在换热结构不合理和灌装率较低的缺点,使用数值模拟的方法研究了 4种结构的多孔道扁管相变蓄热装置的蓄热性能;通过改变扁管肋高度提升蓄热装置的灌...     

基于LBM的多孔陶瓷有效热导率和相变传热分析

多孔氮化铝陶瓷具有高导热、耐熔盐腐蚀等优点在相变材料封装方面具有较大应用前景。本文采用微米计算机断层扫描(CT)得多孔氮化铝的灰度图像,并精准重构三维孔隙结构。并采用四参数随机生长、堆积颗粒、维诺结构等数值方法建立结构模型。基于介观尺度的格子玻尔兹曼方法 (LBM),计算了多孔陶瓷的有效热导率,结果表明维诺结构与CT真实重构的热导率接近。采用三维焓法LBM模拟了多孔骨架内的相变传热过程,获得了孔隙尺度对流相变的传热机理,并分析了不同孔隙率时的储热密度和复合材料的有效热导率。基于CT扫描和LBM的相变传热模拟有助于快速分析骨架的热特性,为多孔骨架的设计提供理论基础。     

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。     

表面活性剂对Al_2O_3-H_2O纳米流体热物性特性的影响

本实验通过添加四种不同表面活性剂,分析对Al_2O_3-H_2O纳米流体热物性特性的影响,加入SDBS、SDS和PVP的Al_2O_3-H_2O过冷度分别下降20.17%、6.19%和3.18%,导热系数分别下降2.94%、4.63%和3.71%,相变时间分别延长4.40%、8.60%和6.18%。但添加TEA表面活性剂,反使得Al_2O_3-H_2O纳米流体的过冷度提高12.57%,导热系数下降6.33%,相变时间延长了15.05%。由于四种表面活性剂的影响,使得Al_2O_3-H_2O纳米流体的热导率均下降,相变时间延长。在一定浓度范围内,表面活性剂对相变潜热值的影响基本保持在6%的波动范围内,可认为少量表面活性剂对相变潜热值没有影响,但其相变曲线有较大的差异性。     

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。     

蓄热单元尺寸对融化传热增强作用的数值研究

为提高板式相变蓄热单元融化过程的传热速率,本文在传统矩形单元的基础上改变装置尺寸得到楔形截面蓄热装置。利用焓法模型分析了单元结构尺寸(包括高宽比,上下边长比)对蓄热过程材料融化及传热特性的影响。结果显示,蓄热单元高度(热源面积)一定时,装置上下边长比、高宽比均对其热性能有显著影响。具体表现为:减小矩形单元的高宽比有利于强化传热;采用上下边长比大于1的楔形单元可在一定程度上消除蓄热过程的融化死角,蓄热时间最大缩短32.8%;蓄热单元的最优上下边长比与高宽比存在对应关系。     

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。     

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。     

不同周期结构硅锗超晶格导热性能研究

构造了均匀、梯度、随机3种不同周期分布的硅/锗(Si/Ge)超晶格结构.采用非平衡分子动力学(NEMD)方法模拟了硅/锗超晶格在3种不同周期分布下的热导率,并研究了样本总长度和温度对热导率的影响.模拟结果表明:梯度和随机周期Si/Ge超晶格的热导率明显低于均匀周期结构超晶格;在不同的周期结构下,声子分别以波动和粒子性质输运为主;均匀周期超晶格热导率具有显著的尺寸效应和温度效应,而梯度、随机周期Si/Ge超晶格的热导率对样本总长度和温度的依赖性较小.     

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.     

热膨胀系数和磁性可调的Mn_(0.983)CoGe/环氧树脂复合材料

为解决环氧树脂(Epoxy)热膨胀系数较大、热导率较低的问题,我们通过固相反应法制备了巨负膨胀材料Mn_(0.983)CoGe,并将不同体积分数的Mn_(0.983)CoGe粉末(平均颗粒直径~10μm)均匀分散至Epoxy中,制备成Mn_(0.983)CoGe/Epoxy复合材料.研究结果表明仅需加入体积分数为22.5vol.%的Mn_(0.983)CoGe,复合材料即在267 K~320K的温度区间内呈现近零的热膨胀系数.并且,Mn_(0.983)CoGe/Epoxy复合材料的热导率也随着Mn_(0.983)CoGe填充量的增加而显著提升.例如当复合材料中Mn_(0.983)CoGe填充量为30vol.%时,其150K处的热导率提升近3倍.此外,我们还发现,在与Epoxy复合之后,由于受到Epoxy基体产生的应力的影响,Mn_(0.983)CoGe磁结构相变温区展宽,同时六角相到正交相的转化率也显著降低.     

热膨胀系数和磁性可调的Mn_(0.983)CoGe/环氧树脂复合材料北大核心CSCD

为解决环氧树脂(Epoxy)热膨胀系数较大、热导率较低的问题,我们通过固相反应法制备了巨负膨胀材料Mn_(0.983)CoGe,并将不同体积分数的Mn_(0.983)CoGe粉末(平均颗粒直径~10μm)均匀分散至Epoxy中,制备成Mn_(0.983)CoGe/Epoxy复合材料.研究结果表明仅需加入体积分数为22.5vol.%的Mn_(0.983)CoGe,复合材料即在267 K^320K的温度区间内呈现近零的热膨胀系数.并且,Mn_(0.983)CoGe/Epoxy复合材料的热导率也随着Mn_(0.983)CoGe填充量的增加而显著提升.例如当复合材料中Mn_(0.983)CoGe填充量为30vol.%时,其150K处的热导率提升近3倍.此外,我们还发现,在与Epoxy复合之后,由于受到Epoxy基体产生的应力的影响,Mn_(0.983)CoGe磁结构相变温区展宽,同时六角相到正交相的转化率也显著降低.