泡沫金属内嵌石蜡水平蓄器内凝固放热实验

蓄能技术,尤其是蓄热技术,与太阳能光热利用系统集成耦合,可有力解决太阳能间隙性问题,提高太阳能热利用品质和利用效率,为光热利用系统提供稳定的能流输出。为解决工程常见的相变材料热导率低、蓄/放热系统效率不高的关键问题,选取石蜡为蓄热介质,设计了一种水平管内填充泡沫金属的蓄热单元,探究相同蓄热工况(70.0℃蓄热)、不同放热流体温度(10.0℃、15.0℃、20.0℃、25.0℃、30.0℃)下泡沫金属内嵌石蜡的凝固相变行为。通过高清相机拍摄得到凝固相界面的实时位置,通过热电偶测量获得凝固过程中内部温度响应规律。实验结果表明,冷流体温度越低,凝固速率越快;相比较30.0℃的放热工况,冷流体为10.0℃时石蜡完全凝固时间缩短了52.0%。同一径向距离测点的竖直高度越高,温降越快,其温度响应率也越大;但轴向位置对凝固测点温度变化影响差异不大。以1b测点的温度响应值为基准进行比较,10.0℃、15.0℃、20.0℃、25.0℃、30.0℃冷却工况下1a点温度响应率分别提高了7.2%、8.8%、10.3%、10.8%、11.7%。本研究有助于推广泡沫金属相变蓄热器的工程应用,为泡沫金属内嵌固液相变材料的结构设计与运行参数选取提供指导和帮助。

石蜡与石蜡/膨胀石墨熔化性能的实验研究

为改善相变储能过程中石蜡(PA)的熔化性能,向PA中添加少量膨胀石墨(EG)制备了4种配比的石蜡/膨胀石墨复合相变材料(PA-EG)。通过热物性分析筛选出合适配比的PA-EG,并对其和PA在水平管壳式相变储能单元中的熔化过程进行了实验研究。根据相变材料的温度场变化以及加权法计算得到的熔化分数变化,对比分析了添加EG前后PA的熔化性能,并探究了加热温度对相变材料熔化性能的影响。结果表明,PA-EG3的热导率比PA高了7倍,且两者的相变温度和潜热相差不大。PA-EG3熔化过程中的自然对流效应弱于PA,但是较高的热导率能够显著改善相变储能单元中下部的熔化,使得其整体熔化速度快于PA。当加热温度为80℃时,PA-EG3的熔化过程比PA缩短了78.16%。此外,降低加热温度会使PA和PA-EG3的完全熔化时间都显著增加,但相同条件下PA-EG3的增加幅度更小。