填充金属泡沫铜对相变材料在半圆柱容腔中传热机理的研究

为研究不同金属泡沫铜填充率下金属泡沫铜对石蜡融化过程的传热规律,设计并搭建了一套可视化蓄能实验装置,并建立了对应的数学传热模型,分析了不同填充率下复合相变材料在融化过程中温度分布、固液相界面、速度矢量、液相分数和平均Nu的变化,得到了不同填充率下金属泡沫铜对石蜡相变过程的强化传热机理,并进行了实验验证。结果表明:当金属泡沫铜的填充率从0增大至1.28%时,复合相变蓄热材料的融化时间从901 s缩短至830 s,较纯石蜡减少了7.88%,而当泡沫铜填充率为1.28%时,石蜡内部温度为12.6 K,梯度最小;平均Nu从24.89下降到3.27,下降了86.9%。由模拟结果可得,填充率为0.43%、1.28%的复合相变材料液化速率较纯石蜡分别提高了1.61%、7.11%,这说明金属泡沫铜的填充率越大,强化传热效果越好。

泡沫金属-石蜡非稳态传热强化机理研究

为探究泡沫金属填充率对相变材料融化过程中传热机理的影响,设计并搭建了一套半圆柱体式蓄热装置,制备了填充率为0.43%,1.28%和2.15%3种复合相变材料。通过实验研究了填充率对复合相变材料温度分布、液相率、融化过程中导热和对流换热强度以及蓄热性能的影响。实验结果表明,随着泡沫铜填充率增大,复合相变材料融化时间缩短;当填充率为0.43%时,自然对流作用占融化过程的68%,当填充率为2.15%时,自然对流占比减少至17%;当泡沫铜的填充率为0.86%时,蓄热量和蓄热速率均比纯石蜡提高0.96%,复合相变蓄热材料的蓄热性能较好。

高孔密度下泡沫铜的填充率对石蜡融化传热机理的影响

基于石蜡和高孔密度的泡沫铜制备了复合相变蓄热材料,设计并搭建了一套可视化蓄热实验装置,分析了高孔密度下泡沫铜填充率对石蜡相变过程的强化传热机理,得到了复合相变蓄热材料的综合传热系数。实验结果表明,当泡沫铜填充率为0、0.43%、1.29%和2.15%时,复合相变材料的综合传热系数先减小后增大,分别为1.26W/(m·K)、1.18W/(m·K)、1.44W/(m·K)和1.88W/(m·K),因此随着泡沫铜填充率的增加,复合相变材料的融化时间先增长后缩短。此外,随着泡沫铜填充率从0.43%增至2.15%,复合相变材料融化时传热机制中导热占比从17.26%上升到86.01%,自然对流占比从82.74%下降到13.99%。

泡沫金属填充率对相变材料强化换热的机理研究

本文基于石蜡和泡沫金属铜制备了复合相变蓄热材料,设计并搭建了可视化蓄热实验装置,分析了泡沫金属铜填充率对石蜡蓄热过程的强化传热机理。实验结果表明:当泡沫金属铜的填充率从0增至2.13%时,复合相变蓄热材料的融化时间从901 s缩短至791 s,缩短了12.21%;当泡沫金属铜的填充率为2.13%时,石蜡内部的温度梯度最小,为22.52 K。此外,随着泡沫金属铜填充率的增加,复合相变蓄热材料的蓄热量从15932 J减小至13296 J,减少了16.55%,蓄热速率先减小后增大,分别为18.41、18.33、18.64、19.13 J/s,当泡沫金属铜的填充率为0.99%时,蓄热装置中石蜡的蓄热量为14539 J,蓄热速率为18.52 J/s,蓄热装置的蓄热性能较好。

铜金属泡沫填充率对相变材料融化过程强化传热的机理研究

基于石蜡和铜金属泡沫制备了复合相变蓄热材料,设计并搭建了一套可视化蓄热实验装置,分析了铜金属泡沫填充率对石蜡相变过程的强化传热机理,得到了复合相变蓄热材料的综合换热系数。实验结果表明,当铜金属泡沫的填充率从0%增至2.13%时,复合相变蓄热材料的融化时间从901s缩短到791s,综合传热系数从1.26W×m^(-1)×K^(-1)提高至4.16W×m^(-1)×K^(-1)。此外,随着铜金属泡沫填充率的增加,复合相变材料的Ra减小而导热强度增加,Ra由金属泡沫填充率为0%的4.66×10^(7)下降至2.13%的2.11×10^(5),下降了99.5%,导热强度由1130.7W×m^(-2)×K^(-1)提高至5653.54W×m^(-2)×K^(-1),后者是前者的5倍。

泡沫铜对石蜡强化传热机理的实验和模拟研究

为探究石蜡融化时泡沫铜的填充对其内部传热的影响,设计并搭建了一套可视化蓄能实验装置。分析了泡沫铜填充率对石蜡相变过程的强化传热机理,并建立其传热数学模型,利用fluent软件对石蜡融化的相变传热过程进行数值计算。实验和模拟结果表明,当泡沫铜的填充率从0%增大到1.28%时,复合相变蓄热材料的融化时间从901 s缩短到830 s,较纯石蜡减少了7.88%,液化速率和蓄热速率较纯石蜡分别提高了7.11%和10.54%,而当泡沫铜填充率为1.28%时,石蜡内部温度梯度最小,为9.1 K。泡沫铜的填充强化了石蜡的导热强度,但一定程度上削弱了石蜡内部的自然对流传热强度,且泡沫铜填充率越大,对自然对流的抑制效果越明显。此外,当泡沫铜填充率为0.72%时,蓄能装置中石蜡的蓄热量为20537.88 J,蓄热速率为24.07 J/s,复合相变蓄热材料的蓄热性能较好。

高孔密度的泡沫铜对石蜡储热性能的研究

基于石蜡和高孔密度的泡沫铜制备了复合相变储热材料,设计并搭建了一套可视化储热实验装置,分析了高孔密度下泡沫铜的填充率对石蜡储热性能的影响。实验结果表明,当泡沫铜填充率从0%增至2.15%时,复合相变储热材料的融化时间从992 s缩短至872 s,缩短了11.69%,温度梯度从23.23 K减至7.77 K,降低了66.55%,储热量先增大后减小,分别为20.92、21.22、21.02和20.22 kJ,储热速率先降低后升高,分别为21.08、20.91、21.67和23.25 J/s。此外,自然对流是低泡沫铜填充率下相变材料融化的主导机制,热传导是高泡沫铜填充率下相变材料融化传热的主导机制,并且随着融化时间的进行,导热逐步向自然对流转变。