多孔基供暖复合相变材料的应用研究进展

介绍了相变材料的分类、选择及封装载体,阐述了多孔基相变材料在供暖领域的应用进展。应用研究表明,将相变材料应用于建筑围护结构可以稳定室温波动,减少供暖负荷,降低能源消耗。将相变材料与供暖装置相结合,可以有效提高供暖效率,减少热损失,降低碳排放。被动蓄热和主动供暖系统结合具有更好的供暖效果,二者的最佳优化组合具有重要的研究意义和应用前景。

石蜡与低熔点合金双级联相变材料强化板翅式散热器换热性能的数值模拟

相变散热技术可以通过相变材料的物态变化,有效吸收或释放热量,从而实现被动式热管理。本文建立了一种板翅式相变散热器的结构模型,研究级联相变技术的相变传热过程及优化传热性能的措施,重点分析了相变材料(PCM)的组合方式、翅片结构以及不同的PCM体积比工况对相变散热器传热性能的影响。研究结果表明,改变PCM的组合方式对相变材料传热过程有显著影响,对于采用双PCM的级联相变散热器,PCM1和PCM2呈相变温度递减排列具备更优的热管理性能;当翅片数为16时,具备更低的工作温度,并且相比于四翅片结构的相变散热单元,两种级联PCM组合的相变散热单元的凝固时间分别缩短了25.3%和22.5%。因此,当翅片数为16及翅片厚度为0.5 mm时,热管理性能较优;采用石蜡和低熔点合金材料,当PCM体积比为1∶2时,两个临界温度下的热管理时间分别延长了17.2%和15%,温升速率也随着低熔点合金所占体积增多而逐渐减小,综合考虑热管理时间和温升速率,可知PCM体积比为1∶2时级联相变散热器的热管理性能较优。

有机基相变材料的研究与应用

相变材料(PCM)是一种可逆的储能材料,在实际使用中可以周期性的以相变潜热的形式储存能量以达到节能的效果。针对相变温度为中低温的有机基相变材料(OPCM)进行了探讨,其具有长期的化学稳定性,无污染且节能、高效、无毒无腐蚀性。归纳综述了国内外有机基相变材料的制备以及OPCM包封技术的最新研究成果,根据材料的特点介绍了降低可燃性的方法以及在各个领域的最新应用。

基于六水氯化钙的单相变材料热二极管的实验研究

基于相反传热方向上相变程度不同引起的传热形式和系数差异设计的相变材料热二极管被认为是有潜力的热管理器件.然而多种材料的使用或仅依靠数值模拟的研究使其结构复杂或理想化,降低了其实际应用的可能性.因此,本文结合材料固液相变和自然对流过程的传热形式和传热系数变化,提出了一个仅含有CaCl_(2)·6H_(2)O单相变材料的简单热二极管结构,并制备了相应的器件,搭建了稳态热通量测试系统用于实验研究,其测量结果与文献记载值相近,具有良好的准确度,实验研究了冷热端温差和正反传热方向对热二极管热整流效果的影响规律.结果表明:热二极管的热通量随冷热源温差的减小而降低,正向和反向分别沿逆重力和重力方向时,热整流比最高可达1.58,最佳冷源温度范围为20-25℃,接近室温,所提出的相变材料热二极管结构在建筑节能和热管理等方面具有一定的应用潜力.

棕榈酸定形复合相变材料研究进展

棕榈酸因存在热导率低和物态相变时易泄漏的缺点,限制了其在诸多领域的发展和应用。棕榈酸定形复合相变材料以支撑材料为基体,将棕榈酸分散在基体材料中,不仅有效解决棕榈酸的泄漏问题,而且基体材料的加入还能提高复合相变材料的热导率。综述了基于不同基体材料的棕榈酸定形复合相变材料的研究进展,指出了棕榈酸定形复合相变材料的不足之处,并展望了其未来研究方向。

相变材料在降低光伏组件温度系数影响的应用及实测分析

本文探讨了使用相变材料(Phase Change Material, PCM)来降低光伏组件温升,克服光伏组件温度系数负影响,从而提高其发电量的方法,定制开发了被动控温装置,并通过实测验证了技术路线的可行性。光伏组件在发电过程中会吸收太阳辐射引起本体温度的升高,导致光电转化效率会显著下降,这个系数为光伏组件的温度系数。为了克服这一问题,本文提出在光伏组件中引入相变材料,利用其储热和释热特性,实现对光伏组件温度的有效控制。通过方案分析和实测验证,本文明确了光伏组件使用相变材料控温的关键边界条件,研发了一种控温装置,开展了典型项目的实测验证,证明了相变材料在降低光伏组件温升、提高发电效率方面的显著效果。

化学发泡法磷石膏基相变材料制备工艺及性能研究

以磷石膏为原料,柠檬酸和碳酸钙为发泡剂,硬脂酸钙为稳泡剂,并以粉煤灰为助剂,采用化学发泡法制备多孔磷石膏基体材料,然后以石蜡为相变材料,通过浸渍法制备磷石膏基相变储能材料。考察了碳酸钙、柠檬酸、硬脂酸钙、粉煤灰用量对改性多孔磷石膏基体材料孔隙率和力学性能的影响,借助XRD、SEM、FTIR、DSC、TG表征相变储能材料的结构和性能。结果表明,随着各添加剂用量的增加,磷石膏基体材料的孔隙率逐渐上升,抗压强度逐渐下降。响应面优化工艺实验结果显示,当碳酸钙质量百分含量6.4%、柠檬酸3.2%、硬脂酸钙3.3%以及粉煤灰含量为18%时,磷石膏基体材料孔隙率最大可达到64.53%;FTIR结果表明,基体材料未产生新的衍射峰,改性磷石膏与石蜡之间没有发生化学反应,二者仅是物理混合;DSC结果表明,磷石膏复合相变材料相变温度为58.88℃,相变焓为92.95 J/g。将磷石膏和石蜡复合制备具有储热能力的磷石膏基相变材料可用于建筑节能材料,对磷石膏资源化利用提供了一条新的技术路径。

基于相变材料的混凝土吊罐温控数值模拟研究

为保证混凝土吊罐在垂直运输时其内部混凝土的温度,采用相变石蜡作为吊罐温控措施,通过Fluent软件探究了不同季节和不同相变石蜡厚度下混凝土温度变化情况。结果表明:在不同季节,采用相变石蜡作为吊罐温控措施,可有效控制其内部混凝土温度的波动;在冬季环境中,当相变石蜡厚度小于40 mm时,混凝土内外温度差减小有限,消峰填谷效果不理想;在夏季环境中,随着相变石蜡厚度的增加,混凝土表面最大温度的降低程度呈现先增大后减小的趋势,当相变石蜡厚度为20 mm时,混凝土表面温度达到最低。

相变材料和液冷结合的锂离子电池热管理性能优化

相变材料因其良好的控温能力在电池热管理中得到了广泛的研究,但在高温环境和高放电倍率下,单纯依靠相变材料很难满足热管理的要求。设计了相变材料和冷却板混合的电池热管理方式并对其进行数值模拟,与采用纯相变冷却进行了对比。分析了电池间距、冷却液入口速度对电池最高温度以及相变材料液化率的影响,并对充放电循环过程进行了探究。结果表明,在高温和高放电工况下,液冷的引入解决了因相变材料完全液化导致的电池温度恶化和中间电池热量累积的问题。相比于纯相变冷却,当冷却液速度为0.5 m/s时,混合冷却可将电池的间距减小至3 mm,继续增大冷却液的速度对热管理性能提升较小。同时,液冷板的加入可以减少首次充放电循环对后续循环过程的影响,增加电池的使用寿命。

Na_(2)CO_(3)·10H_(2)O-Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O/SiO_(2)复合定形相变材料的制备及应用

以Na_(2)CO_(3)·10H_(2)O(SCD)、Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O(DHPD)为相变主体制备了共晶体系,通过绘制凝固点变化图与DSC测试共同确定在m(SCD)∶m(DHPD)=4∶6时形成共晶,FTIR和XRD结果显示,2种水合盐间没有发生化学反应,但其晶型结构发生改变。通过添加质量分数为2%的Na2SiO3·9H_(2)O作为成核剂降低体系的过冷度,且经历50次相变循环体系未出现相分离,相变焓值仅下降0.25%。进一步使用质量分数为25%的气相SiO_(2)作为支撑材料,采用浸渍法制备了相变前后形状稳定的共晶水合盐/SiO_(2)定形相变材料(SSPCM)。所得SSPCM的相变温度为24.08℃,相变焓值为146.6J/g,过冷度为0.55℃,热导率为0.4571W/(m·K)。同保温泡沫相比,其可将模拟房内部中心温度的升温时间延长了1.81倍,降温时间延长了0.39倍。

柔性复合相变材料用于锂离子电池热管理的效果模拟研究

以石蜡为相变材料、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物为弹性载体、石墨烯为导热增强剂,制备了一种柔性复合相变材料(FCPCM),对FCPCM用于锂离子电池热管理的效果进行了模拟研究。结果表明:与空气自然对流热管理手段相比,将FCPCM贴敷于锂离子电池表面进行被动式控温,可使锂离子电池表面中心最高温度至少降低1.89℃;在一定范围内增大FCPCM的导热系数和厚度,可减小电池表面中心最高温度和电池厚度方向的温差;FCPCM与锂离子电池之间的接触热阻也明显影响热管理效果,随着接触热阻增大,热管理效果下降。

双层相变材料复合水箱蓄热特性研究

以双层相变材料复合水箱为研究对象,通过数值模拟和实验研究的方法,对该水箱的蓄热特性进行模拟分析与实验验证,对比分析单、双层相变材料复合水箱的热特性,探究双层相变材料位置对复合水箱蓄热特性的影响规律。研究结果表明,与单层相变材料复合水箱相比,双层相变材料复合水箱的热分层更好,蓄热能力得到提升,双层相变材料复合水箱较普通水箱的蓄热量提高9.7%。双层相变材料距离进出水口位置较远时,相变材料完成熔化的时间更接近,更有利于蓄热水箱的热分层。

生物质多孔碳复合相变材料制备和热性能研究

将木材通过高温碳化的方法制备三维生物质碳基材料用于相变材料载体,制备复合相变材料,并对复合相变材料进行结构表征、性能测试及防泄漏实验。结果表明:多孔碳载体材料导热孔道网络完整,保证了有机相变材料的高效稳定负载量;相比于纯相变材料,70%PA@GNS热导系数达到了0.763W/(m·K),提高了3.18倍;含有20%多孔碳复合材料的潜热值达到了182J/g,比理论值潜热值高了约7%;并能有效防止相变材料泄漏。

相变材料在日光温室中的应用现状

日光温室在现代设施农业中起到举足轻重的作用,具有造价低、高效和节能的优势,可在北方寒区用于越冬生产。其后墙较强的蓄放热能力是温室能够进行越冬生产的关键因素之一,而高寒地区日光温室内可能存在昼夜温差大、夜间温度低,需要设备增温的现象。相变材料具有储热密度高、放热温度变化稳定及成本低的优势,在航空航天、建筑节能等领域被广泛应用。为改善温室热环境、减小环境负荷和促进节能减排,将相变材料新型环保节能技术应用于日光温室中,可起到调节室内温度的作用。本文介绍了相变材料的类型及日光温室常用相变材料,总结了日光温室中相变材料的筛选,以及日光温室相变墙体的结构构造及使用方式,并对其发展进行了展望。

基于气凝胶与相变材料夹层结构的电池热失控-热管理综合布置决策

为提高电池模组热失控抑制与热管理散热综合效果,本文设计了一种电池间添加相变材料(PCM)-气凝胶夹层结构的热管理系统并优化夹层的布置结构。结果表明,针对抑制热失控传播,纯气凝胶的布置效果最佳,相较于自然空冷,可使模组中最后一个电池触发热失控的时间延长,但电池热管理散热效果显著恶化;针对强化热管理散热,纯相变材料的布置效果最佳,相较于自然空冷,可使电池一个放电循环下的最高温度降低20℃以上,但其抑制热失控传播的效果明显弱于纯气凝胶;针对热失控-热管理综合效益,PCM-气凝胶-PCM布置形式具有更广泛的适用性,在保证电池热失控抑制效果的同时强化了电池正常工作时的散热,可实现整体效益的最大化。

相变材料应用于建筑节能的研究状况与趋势

为了系统地分析相变材料应用于建筑节能领域的发展态势,以中国知网期刊和Web of Science核心合集引文数据库收录的2001-2021年“相变材料”及“建筑节能”为主题的文献为数据源,利用信息可视化软件Cite Space分析了相变材料应用于建筑节能的研究现状、研究热点、研究主题和发展趋势,总结并绘制了该领域知识路线图。相变材料应用建筑节能领域可总结为4个主要方面:相变材料传热性能的研究、提高相变材料热导率技术、相变材料应用技术。未来研究重点将是通过添加高导热率材料来提升和改善相变材料的传热性能及其他性能。综合分析表明,近年来相变材料在建筑节能中的应用研究呈现逐年上升趋势,研究热点主要集中于制备及方法研究、储热装置的性能研究和应用研究,其未来研究方向将更加注重降低建筑能耗,以及相变建筑构件的耐久性和稳定性。

原子力显微术在水合盐相变材料研究中的应用

水合盐相变材料作为潜热储存技术的储能物质在建筑、电池、微电子、热疗等热管理领域展现出良好的应用前景。通过原子力显微镜(AFM)技术可以实现水合盐相变材料表面的纳米尺度形貌表征和纳米力学成像,有助于在纳米尺度上原位跟踪和揭示材料表面发生的热物理性能演变,从根源上提升材料的循环稳定性。文章回顾了AFM在水合盐相变材料研究中的一些应用。作为AFM表征的前提与基础,首先,介绍了水合盐相变材料的精确制备。其次,讨论了AFM形貌表征和定量纳米力学成像在水合盐表面演化、共晶点确认、纳米尺度相分离、聚合物复合等方面的应用。最后,展望了未来的主要发展方向和趋势。

热管耦合相变材料全气候锂离子电池热管理系统性能分析

电池热管理系统(BTMS)是保障储能电池在不同工况下安全高效运行的重要方法。基于相变材料高潜热与热管高导热特性,设计了一种热管耦合相变材料的新型锂离子BTMS,该系统可实现全气候条件下电池保温与散热一体化。采用数值模拟对BTMS的保温与散热性能进行研究。在低温环境下,通过模拟电池放电过程和放电结束后电池温降过程,分析了保温层厚度和初始温度对保温性能的影响;在常温和高温环境下,基于相变材料、热管、双层冷却通道耦合手段提出了相应的散热方案,有效保障了锂离子电池在放电倍率0.5C~2.0C下的安全稳定运行。设计的BTMS可实现不同环境温度下的保温或散热需求,为实现全气候锂离子电池热管理技术提供理论参考。

与锂离子电池热管理系统耦合的防漏高导热复合相变材料研究

提出一种具有优异导热性能和防漏性能的新型复合相变材料(CPCM),采用膨胀石墨(EG)与硅藻土的联合互交网格,可显著提高相变材料的吸附能力和导热性能。测试结果表明,含10%硅藻土和6%EG的样品14在50℃下加热5 h,表面仍无渗漏现象,同时PEG含量达到90%,且在热循环测试中也呈现出优良的稳定性;将电池与样品14耦合后,测试电池在8种工作模式下的温度变化,在2C(C为电池充放电能力倍率)模式下,当电池在较高初始温度(30℃)下工作时,其最高工作温度仍可控制在40℃以下,每个电池之间的温差可限制在约2℃;同时样品14在低温下可为电池系统提供优异的保温性能,电池的放电效率提高约16.07%,当T_(0)=30℃时,在1C模式下,电池放电效率达到91.67%。

相变材料微胶囊的研究进展

为进一步提高能源利用率,满足当今社会对可持续能源的迫切需求,首先,列举了相变材料微胶囊的芯材和壁材的分类及其选择原则;其次,分析总结了相变材料微胶囊不同制备技术的国内外最新研究进展,重点对比归纳了物理法、化学法以及物理化学法等制备技术的原理、特点及其适用范围;然后,综述了相变材料微胶囊在纺织、医疗、建筑、能源等领域的应用进展并分析总结国内外最新相关研究;最后,针对相变材料微胶囊在生产制备和实际应用中的关键问题,提出其潜在解决方案和优先发展方向,以推进相变材料微胶囊不断向绿色化、多功能化方向深入发展。