纳米颗粒强化传热的多级潜热储热器性能评价

利用潜热储热(latent heat thermal energy storage,LHTES)系统能够缓解能源供需不匹配的问题。本文设计一种垂直管壳式LHTES储热单元,多级填充熔点为35℃、42℃和50℃的相变材料(phase change material,PCM),Al_(2)O_(3)纳米颗粒分别添加至PCM和换热流体中强化传热。对比多级与单级LHTES储热单元的储热及储(火用)性能;提出考虑复合PCM体积和储热时间的储热储(火用)密度评价标准,分析不同纳米颗粒体积分数(1%、3%、5%、7%、9%、11%)对多级储热单元性能的影响。结果表明:相同工况下,相较于单级填充熔点50℃复合PCM的储热单元,多级复合PCM的使用可将储热时间缩短29.81%,且多级储热单元同时表现出较高的储热量和储(火用)量;纳米颗粒体积分数从1%增加至11%时,多级储热单元的储热速率提高21.31%,储热密度增大15.61%,而储(火用)密度在体积分数为7%时达到最大值3086J/(m^(3)·s)后逐渐降低。综合考虑复合PCM体积、储热时间以及总储热和储(火用)量,填充纳米颗粒体积分数为7%的多级储热单元性能最优,相较于纳米颗粒体积分数为1%时,储热和储(火用)密度分别提升11.57%和12.96%。本文可为多级LHTES系统的应用与优化提供理论参考。

潜热储热系统强化传热研究进展

近年来,潜热储热系统在太阳能和工业废能的利用中发挥着极其重要的作用,因此用于潜热储热的相变材料受到普遍关注。文章对国内外潜热储热系统众多强化传热技术进行了综述与讨论。

填充床潜热储热数值模型研究进展

填充床潜热储热技术广泛应用于太阳能热利用和供热通风与空气调节等领域。由于不同应用环境下的填充床潜热储热系统具有复杂的瞬态特性和较高的实验成本,在研究不同因素对储热系统性能的影响时,研究人员开发了相关数学模型,并采用不同数值计算方法进行分析。对常见的填充床储热过程数值模型进行分类,详细分析不同模型的特点与适用性;对比了模型的计算效率和误差;最后,总结了不同数值模型在潜热型填充床储热技术中的应用特点,可为同类模型的开发与应用提供依据。

中低温固-液相变潜热储热材料研究进展

相变储能材料作为新型材料在建筑节能、生态可持续等方面有着不可替代的优势和应用价值。由于固液相变材料易泄露问题在一定程度上限制了固液相变复合材料的推广应用。围绕中低温固液相变材料的封装技术,介绍了中低温相变潜热储热材料及其相变封装技术的研究现状,重点概述了硅藻土、膨胀蛭石和膨胀珍珠岩等多孔矿物基吸附相变材料,膨胀石墨为主的多孔碳基相变复合材料,以及气凝胶相变复合材料的制备技术,对相变复合材料在相变材料负载能力、相变热性能、导热性能进行了介绍。在此基础上,提出了固液相变复合材料未来研究工作方向,以期为固液相变材料的应用和推广提供一定的借鉴。

高温显热-潜热复合储热系统传热特性研究

储热是解决可再生能源供需不匹配的重要手段。本文对以空气为传热介质,以显热材料—高铝陶瓷球和潜热材料—熔融盐相变管为储热材料的高温显热-潜热复合储热系统的传热特性开展了实验研究。研究结果表明:在充放热过程中,利用熔盐相变储热材料稳定的相变温度特性,可以有效地提升固体堆积床储热系统的热稳定性。显热-潜热复合储热系统的循环热效率达到75%左右,高于全显热固体堆积床储热系统。

储热材料研究现状及发展趋势

储热材料的研究是当今世界研究的热点。本文综述了近几年关于显热储热材料,潜热储热材料,热化学储热材料的材料体系、制备技术及性能特点。对各种储热材料组成、结构、制备工艺、性能特点、存在的问题、应用前景及未来的发展趋势进行了分析讨论。每种储热材料都存在着各自的优点和不足,为了充分发挥材料的优点,尽量避免其缺点,采用制备复合材料的方法是储热材料研究和应用的重要趋势。目前对新型复合储热材料的制备方式主要有:(1)物理和化学方法制备微/纳米胶囊相变材料;(2)宏观包裹法;(3)混合烧结法制备定型复合相变材料;(4)吸附浸渍法制备复合相变材料等,本文对这些复合储热材料的研究和应用趋势进行了论述。

组合相变材料储热系统的储热速率研究

建立了组合式柱内封装相变材料熔化—固化循环相变储热系统的物理模型 ,用有限差分法进行了数值模拟求解。结果表明 ,与采用单一相变材料的传统储热系统相比 ,在给定相变材料组合方式和传热流体进口温度条件下 ,传热流体流量存在最佳值 ;选用三种石蜡作相变材料和水作传热流体的模拟计算结果表明 ,相变速率可提高 15 %— 2 5 %左右。

组合式相变材料组分配比与储热性能研究

采用焓法对组合式相变材料(PCM)储热系统的相变过程进行了数值计算,分析了组合式相变材料中各个PCM组分质量分数的变化对系统储热性能的影响。结果表明,对于组合式相变材料储热系统,存在着最优组分配比,使得系统的储热性能达到最佳。

组合式相变材料换热器储热速率的实验研究

搭建了一套储热换热器性能测试和数据采集系统,研究了温度和流量对包括HR- 35、月桂酸和HR-50三种相变材料的组合相变材料换热器的储热特性的影响。结果表明,与单一相变材料的储热换热器相比,组合式相变材料储热换热器的储热速率增大,在给定相变材料组合方式和传热流体进口温度条件下,传热流体流量存在最佳值。

组合相变储热材料结合太阳能供暖系统应用的可行性研究

利用组合式相变储热材料的特点,提出一种新的组合式相变储热材料应用于太阳能供暖系统;该系统可以保证供暖运行的稳定性和连续性,并具有良好的经济性和环保性。

清洁供暖储热技术现状与趋势

推进北方地区建筑冬季清洁供暖,是重大的民生工程、民心工程。目前清洁供暖技术种类繁多,各具特点,其中集成储热技术的清洁供暖技术是研究热点。为了全面分析清洁供暖储热技术发展现状和趋势,本文分析并总结了清洁供暖技术、储热技术的性能特点和发展现状,并结合二者的性能,分析了典型清洁供暖储热技术发展现状和趋势。结果表明,清洁供暖技术分为清洁燃煤集中供暖技术、天然气供暖技术、电供暖技术和可再生能源等其他清洁供暖技术。其中,利用储热技术的电供暖技术由于可以配合电网调峰,解决可再生能源电力波动性,受到了广泛的关注。储热技术分为显热储热技术、潜热储热技术和热化学储热技术。显热储热技术具有储热规模大、寿命长、成本低、技术成熟度高等优点,是研究最早、利用最广泛、最成熟的技术;潜热储热技术具有储热密度高、放热过程温度近乎恒定的优点,是目前主要研究和应用热点;热化学储热技术具有更大的能量储存密度可实现长期储存热能等优点,但处于实验室验证阶段。清洁供暖储热技术有逐步聚焦的趋势,主流技术包括水储热技术、高温固体电储热技术、相变电储热技术等。本研究可为我国北方清洁供暖技术设计和应用提供参考和依据。

相变储热技术用于被动式建筑节能的研究进展

相变潜热储能系统具有储热密度高、工作温度稳定和工艺流程简单等优点。相变材料可以通过多种方式与建筑物相结合,利用自身吸热/放热的特性对热能进行储存和释放,从而提高可再生能源的利用率。研究表明,相变储热单元能够有效地降低室内的温度波动,提高室内环境的热舒适性,减少建筑能耗。本文基于相变储热技术在建筑围护结构中的墙体、屋顶、地板以及窗户的研究现状,对近年来被动式储热建筑节能的研究现状进行了综述。阐述了适用于建筑物的相变材料的特点、优化相变材料热性能的方法、相变储热技术调控室内热环境的原理以及相变材料应用于建筑物的节能效果。文章指出,未来的研究应注重高性能相变材料的开发、复合工艺的简化以及室内热环境的综合评价。

固-固相变储热材料的研究进展

与固-液相变材料相比,固-固相变材料(SS-PCMs)受到的关注较少;鉴于SS-PCMs具有储能密度高、无毒且腐蚀性小、相变时无液体产生且体积变化较小、不易发生相分离以及过冷度小等优点,因而是一类具有发展潜力的相变材料。本文基于SS-PCMs的研究现状,对近年来几类重要SS-PCMs如多元醇SS-PCMs、高分子类SS-PCMs及无机盐类SS-PCMs的研究进展进行了综述。简要阐述了SS-PCMs的分类以及各类SS-PCMs的性能、相变储热机制和优缺点。同时介绍了选择固-固相变材料应用时的基本原则,并针对相变材料热导率低,过冷度大、稳定性差等问题的改性研究进行了综述,还简要综述了SS-PCMs的应用研究。最后指出,未来的研究应着眼于解决已合成SS-PCMs的缺陷,开发多功能的SS-PCMs,并在SS-PCMs的实际应用方面实现突破。

金属有机骨架基复合相变储热材料研究进展

固-液相变材料的品种多且潜热大,是潜热储热技术的重要工作介质。因其存在的液相泄漏问题,现阶段常将此类相变材料与多孔载体复合以提升相变材料的应用性能及使用寿命。金属有机骨架(MOFs)是一种新型多孔材料,具有高比表面积、高孔隙率以及孔径和表面性质可调控等优势,将其用作相变材料的载体具有潜在的发展前景。本文对MOF基复合相变材料的研究进行了全面综述,详细介绍了以MOFs为载体、以MOFs衍生多孔碳为载体和以MOFs原位生长于高导热基体所得复合材料为载体而制得的多种复合相变材料。MOFs的微孔结构所产生的强毛细管力对固-液相变材料有很强的固定作用;制备较大孔径的MOFs或者对MOFs进行修饰以调节MOF与相变材料间的相互作用,都有利于提高相变材料的负载率,从而提升复合相变材料的潜热;对MOFs进行高温碳化处理得到MOFs衍生多孔碳能有效解决MOFs孔径过小的问题,并能通过对其进行氮掺杂或磷掺杂来增强载体与相变材料间的氢键作用,从而获得具有高负载率和相变潜热的复合相变材料;为了增强MOF基复合相变材料的导热性能,先将MOFs原位合成在高导热基体上以利用高导热基体提供连续的传热网络,可以有效提升复合相变材料的导热系数。将原位生长在高导热基体上的MOFs进行高温碳化处理可以得到MOFs衍生多孔碳与高导热基体的复合材料,将其作为载体可以进一步增强复合相变材料的导热性能。文中最后指出,今后对于MOF基复合相变储热材料所用MOFs和相变材料的种类、MOFs与相变材料间相互作用对储热性能的影响、MOFs与相变材料复合后的稳定性等方面还需进一步探索,将MOFs的催化、检测等功能与相变材料的储热控温功能相结合制备多功能材料也是未来的发展方向之一。

封装PCM陶瓷储热材料的性能

以红柱石为主要原料,采用原位生成堇青石技术制备高温性能优良的红柱石蜂窝陶瓷储热材料。再利用特制的封装剂将相变材料(PCM)封装在部分蜂窝陶瓷孔中,制备储热密度大的显热-潜热高温复合储热材料。采用SEM、EPMA、TG-DTA等测试方法对封装剂与陶瓷基体的结合性,PCM与陶瓷基体的适应性及复合储热材料的储热密度进行研究。结果表明红柱石蜂窝陶瓷能安全地封装PCM,封装质量分数为20%的K2SO4后的储热密度为987.70kJ/kg(0～1080℃),封装质量分数为16%的NaCl复合储热密度为796.40kJ/kg(0～810℃)。制备的复合储热材料具有较高的储热密度,能实现高温储热。

二元共熔水合盐相变储热材料过冷度问题的研究

本文研究了两种水和盐Na_2CO_3·10H_2O与Na_2HPO_4·12H_2O按照不同质量比混合形成二元共熔水合盐,分析对其过冷度的影响。实验结果表明,Na_2CO_3·10H_2O与Na_2HPO_4·12H_2O质量比1∶9、2∶8、3∶7、4∶6时形成的EHS,其相变温度均低于单一组分时的相变温度,每组EHS的过冷度都比单一组分的水合盐的过冷度低,其中Na_2CO_3·10H_2O与Na_2HPO_4·12H_2O质量比为1∶9形成的EHS过冷度最小,为8.1℃。

堇青石-莫来石复相储热陶瓷与PCM相容性研究

以煅烧铝矾土、滑石及石英为原料,采用挤出成型,制备堇青石-莫来石复相蜂窝陶瓷,用这种显热储热陶瓷(简称基体)封装PCM制备潜热/显热复合储热材料。设计F系列封装剂配方组成,选择PCM为Al Si20、Na2SO4,制得PCM/蜂窝陶瓷复合储热材料,热震循环(200~900℃)30次,每次循环在900℃保温12 h。利用XRD、SEM、TG-DSC等分析相组成、微观结构、封装剂与基体结合性、基体与PCM相容性、复合储热材料的相变温度及相变焓。结果表明,经1440℃烧成的蜂窝陶瓷,Wa、Pa、D及a轴抗压强度分别为2.38%、6.32%、2.65 g/cm^3,25.77 MPa;XRD显示相组成为堇青石、莫来石及少量镁铝尖晶石;30次热震后,Wa、Pa略有升高,D及σa略有降低。封装剂剪切强度测定结果表明,封装剂F2与基体结合强度最大,达2.53 MPa,SEM显示F2与基体结合良好。热震循环30次后,基体断面SEM图表明,PCM无渗漏。TG-DSC结果表明,经30次热循环后,Al Si20/蜂窝陶瓷复合储热材料的相变范围为571.7~583.5℃,峰值为578.3℃,峰值温度偏移不超过0.7%。复合储热材料具有优良的储热性能。

储热技术研究进展

储热技术是提高能源转换和利用率的有效途径之一。文章介绍了显热储热、热化学储热和潜热储热3种技术的基本原理,分析了各自的优缺点。基于相变储热材料的研发进展,指出了潜热储热的巨大优势。

相变材料强化传热研究进展

对国内外相变材料各种强化传热技术进行了综述与讨论,包括添加金属填料、添加石墨、胶囊封装、加肋片、添加碳纤维和组合相变材料等,展望了相变材料的发展趋势。指出能源的大量消耗使得储热技术的研究越来越重要。其中潜热储热是一种有效的储热系统,相变材料是潜热储热系统的重要组成部分,但是有些相变材料(尤其是一些有机相变材料)存在导热系数低的缺点。在节能越来越受到重视的今天,相变材料的强化传热已成为热点问题。

高性能三水醋酸钠-尿素-膨胀石墨混合相变材料的制备及其在电地暖中的应用性能

采用尿素调节三水醋酸钠的相变温度到合适范围再添加膨胀石墨来降低过冷度,研制了高性能的三水醋酸钠-尿素-膨胀石墨混合相变材料,并对其在电地暖中的应用性能进行了研究。结果表明,当尿素质量分数为36.5%、膨胀石墨添加量为4%(质量)时,所得混合相变材料的熔化焓高达209.1 J/g,熔点在31.98℃,过冷度仅为2.04℃,热导率为2.349 W/(m·K),热可靠性良好;将用该混合相变材料制成的相变板安装在实验房的电地暖中时,实验房的热舒适度随着相变材料层厚度的增加而增加,但也带来加热时间和用电量的增加;当相变材料层厚度为10 mm时,电加热温度适宜设置在45℃;在热舒适度相当的条件下,有相变板的实验房与无相变板的参比房相比具有用电量小及电费低的优势。