相变流体在高密度潜热输送中的研究进展

相变流体由于在相变前后都能保持流动状态，可以像普通流体一样通过泵和管道系统输送。由于存在固一液相变，相变流体储能密度及输送密度远高于相同温差下的水，因此可以使循环流量大幅降低，从而降低循环能耗，实现节能。综述了相变乳状液、相变微胶囊、水合物浆在蓄能及潜热输送方面的研究进展，并对其发展前景进行了展望。

基于相变流体的热管式太阳能PV/T热电联供系统实验研究

文章分别搭建了基于水和相变流体的热管式PV/T热电联供系统实验台,测试分析了相同工况下两个系统的光伏板表面温度、换热水箱温度、热/电功率、热/电效率及综合效率。研究结果表明,在测试工况下,与基于水的热管式PV/T热电联供系统相比,基于相变流体的热管式PV/T热电联供系统光伏板表面温度降低了2℃,蓄热水箱水温升高了1.3℃,日均电效率相对升高了0.8%,日均热效率相对升高了7%,日均综合效率相对升高了10.2%。该研究结果为相变流体在太阳能储存领域的应用提供参考。

纳米颗粒强化相变流体传热性能的研究进展

相变流体是一种具有高载热密度的传热工质,但传热性能有待进一步提高。在相变流体中引入能显著提高流体传热性能的纳米颗粒是近年来兴起的研究课题。综述了纳米颗粒在微胶囊相变流体中强化传热性能的研究进展。结合笔者所在实验室的研究成果,介绍了纳米颗粒在相变乳状液方面的传热强化效果,最后提出了下一步工作的重点。

基于太阳能低温集热蓄热的相变流体制备及性能研究

制备了5种不同质量浓度的烃类、蜡类相变流体(phase change slurry,PCS),测试了不同质量浓度的两类相变流体的相变温度、相变潜热、粘度及稳定性,分析了相变材料种类、质量浓度、使用温度、剪切速率等对热物性、流动特性及稳定性的影响,总结了不同因素的影响规律,为相变流体的制备及其在太阳能低温集热蓄热领域的应用提供了参考。

添加纳米颗粒和分散剂的相变流体性能测试研究

结合太阳能低温集热蓄热,基于前期选定的烃类相变流体,通过热物性和稳定性测试对比,选取了适合的纳米颗粒(TiO_2)和分散剂(SDBS),分析了纳米颗粒质量分数、粒径以及分散剂质量分数对相变流体的热物性及稳定性的影响。结果表明,纳米颗粒质量分数越大,颗粒粒径越大,相变流体的热物性及动态稳定性越差,而分散剂质量分数对相变流体的动态稳定性影响不大。烃类相变流体中分别添加质量分数为0.1%的20 nm TiO_2纳米颗粒和质量分数为0.1%的SDBS分散剂,其热物性及稳定性最佳。

添加TiO2纳米颗粒和分散剂的相变流体粘度实验研究

选定质量分数为30%的烃类相变流体作为基液,采用“两步法”配制了多种添加纳米颗粒(TiO2)及分散剂(SDBS十二烷基苯磺酸钠)的相变流体,测试分析了纳米颗粒质量分数、粒径及分散剂质量分数对相变流体粘度的影响。结果表明,相同温度下,纳米颗粒质量分数越大,纳米颗粒粒径越大,相变流体粘度越大。而相变流体粘度随分散剂质量分数增大呈先减小后增大的趋势,当分散剂质量分数为0.1%时,相变流体粘度达到最小。

基于太阳能低温集热蓄热的相变流体制备及性能研究

基于前期对相变流体的实验研究,选定了以质量分数为20%的烃类相变流体作为基液,制备了多组以TiO2纳米颗粒为添加剂,SDBS为分散剂的添加纳米颗粒的相变流体。通过改变纳米颗粒质量分数、粒径以及分散剂质量分数,分析不同相变流体随温度变化的热物性及稳定性,最终得出烃类相变流体中分别添加质量分数为0.1%的20 nm TiO2纳米颗粒及质量分数为0.1%的SDBS分散剂,其热物性及稳定性最佳。为添加纳米颗粒的相变流体的制备及其在太阳能低温集热蓄热领域的应用提供了参考。

三维非静力可压缩相变流体的数值模拟——一个风暴天气临近数值预报模式

对中-β尺度强对流系统采用三维非静力完全弹性模式,微物理过程作较大简化进行模拟,计算过程用时间分裂方案,水平侧边界用通透重力波辐射边界。理想环境场条件下模拟出分裂风暴的整个生命史。

基于相变流体的船用柴油机缸套冷却的数值模拟

利用CFD软件对6,300船用柴油机缸套冷却进行数值模拟,建立了柴油机缸套冷却腔的三维模型,分别以水和相变石蜡乳状液作为冷却介质,获得柴油机冷却腔温度场数据。对以上两种冷却介质的数值计算比较分析,发现相变石蜡乳状液作为冷却介质时,其冷却腔温度分布较均匀,且整体温度较低,缸套冷却效果更好。文中可为船用大功率柴油机相变冷却系统的优化设计提供技术指导。

严寒C区新型相变流体太阳能光热系统实验研究

本文基于严寒C区太阳能光热系统夏季集热器表面温度过高、冬季使用乙二醇工质效率降低的问题,研究团队配制一种适合严寒C区太阳能光热集热器的强化传热、限制基板温度的新型相变流体——乙二醇型相变悬浮微胶囊流体,利用扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、液体导热仪(TC3100L)等仪器对新型相变流体的混合状态、相变潜热和导热系数等物性进行测量,得出物性适合严寒C区太阳能光热集热器的新型相变流体。搭建了基于相变流体的平板式太阳能光热系统实验台,研究测试了集热板表面温度、蓄热水箱温度及系统热效率,探究了不同体积浓度新型相变流体在太阳能光热系统对流换热、限温特性。研究结果表明:在测试工况下,相变材料浓度为5%的新型流体综合导热系数为0.410~0.413 W·m^(-1)·K^(-1),10%浓度为0.381~0.410 W·m^(-1)·K^(-1),均优于防冻液的0.366~0.406 W·m^(-1)·K^(-1),且冰点为-25℃,满足严寒C区太阳能集热器防冻要求。采用5%浓度新型相变流体工质与乙二醇工质两种系统相比,前者集热器基板表面温度降低了3℃,蓄热水箱水温提高了4℃,日均热效率相对升高了21.9%,10%浓度日均热效率相对升高了8.8%,5%浓度相变流体综合性能最佳。

纳米SiC改性Na_(2)SO_(4)·10H_(2)O-Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O共晶盐纳米相变流体制备及其性能影响

为提升水合盐相变材料的性能,以Na_(2)SO_(4)·10H_(2)O-Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O共晶盐(EHS)作为基体材料,采用HF/HNO_(3)刻蚀法制备亲水性纳米碳化硅(Nano-SiC),并以Na_(2)SiO_(3)·9H_(2)O和改性Nano-SiC作为复合添加剂制备复合纳米相变流体材料(Nano-SiC EHS PCMs)。结果表明:改性后Nano-SiC在EHS PCMS中具有良好的分散稳定性,同时Na_(2)SiO_(3)·9H_(2)O和Nano-SiC协同作用下使得EHS PCMs过冷度降低到0.3℃,无相分层现象。Nano-SiC EHS PCMs在固液相变体系中热导率均有提升,同时添加0.2%(质量分数)Nano-SiC后EHS PCMS储能时间缩短了21.8%。添加质量分数为0.15%Nano-SiC的EHS PCMs熔融焓和结晶焓分别为267.3 J/g和231.4 J/g,经过1000次冷热循环后焓值变化甚小,该体系具有良好的循环稳定性。

含相变微粒流体层蓄热过程的传热机理研究

对含有相变微粒并且水平放置的流体层,在底部加热和周围绝热保温条件下的蓄热传热机理进行了理论分析研究,与无相变颗粒流体的蓄热过程进行了对比数值模拟。结果表明：对较薄的蓄热流体层,含相变微粒流体的蓄热完成时间短于无相变颗粒流体,随着液层厚度的增加这种差别减小。同时对液体层内不同高度下平均温度的分布和变化过程进行了分析研究。

含相变微粒流体热对流启动的Galerkin解

采用Bubnov-Galerkin方法对有恒壁温条件下,两平板间夹有含相变颗粒流体的自然对流热启动瑞利数进行了近似解析求解,求出了临界瑞利数Ra_(cr)和波频数k_(cr)随相变物质浓度,以及在相变温度范围内随加热表面温度的解析关系表达式。从而,为实现该类功能性潜热流体的自然对流传热强化,及其优化控制蓄热过程有理论指导意义.

正十八烷相变纳胶囊/多壁碳纳米管流体的制备及性能表征

采用原位聚合法合成了一种以正十八烷为芯材,密胺树脂为壁材的相变纳米级胶囊;通过超声搅拌将相变纳胶囊和功能化的多壁碳纳米管复合,得到一种稳定的复合相变流体,并通过红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、Zeta电位和差示量热(DSC)等手段对其进行表征。结果表明:Fenton试剂处理过的多壁碳纳米管表面带有大量的—OH和—COOH等亲水性基团;合成的正十八烷相变纳胶囊为直径200~400nm的表面光滑的圆球形;Zeta电位测试结果显示,当表面活性剂曲拉通X-100和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的用量都为3.3%时,复合相变流体的分散稳定性最好;DSC结果显示,复合相变流体使用前、后烘干物的熔融焓和结晶焓都在110J/g左右。

AEP-DPA-CuO相变纳米流体捕集烟气中CO_(2)

建设了300 Nm^(3)/d的CO_(2)捕集连续试验装置,开展了氨乙基哌嗪-二正丁胺-纳米CuO(AEP-DPA-CuO)相变纳米流体捕集烟气中CO_(2)的试验研究,通过720 h的长周期连续运行模拟现场生产过程,对其吸收性能进行了评价,优化了工艺运行参数。试验结果表明:40~50℃为较佳的吸收温度,105℃为较佳的再生温度,较为适宜的吸收液浓度为3.0 mol/L(1.8 mol/L AEP-1.2 mol/L DPA,CuO添加量0.2 mol/L),10 L/m^(3)为最佳液气比。将AEP-DPA-CuO相变纳米流体与乙醇胺(MEA)溶液进行对比,在相同再生能耗下,AEP-DPA-CuO相比MEA吸收容量提高33%以上,再生率提高15%以上;相同再生率下AEP-DPA-CuO的再生能耗比MEA降低31%以上。

AEP-DPA-CuO相变纳米流体吸收CO_(2)稳定性

化学吸收法CO_(2)捕集技术的核心是吸收剂,吸收剂的稳定性是实现CO_(2)捕集装置长周期连续运行的关键。本文针对0.6mol/L AEP-0.4mol/L DPA-0.1mol/L ACT相变有机胺吸收体系高温、含氧等条件下降解会带来腐蚀增强、吸收剂损耗的技术难题,进行了降解组分分析,研究了降解的主要影响因素。研究发现,CO_(2)负载、O_(2)、温度对降解率均有较大影响,其中影响因素排序为CO_(2)>O_(2)>温度,Fe对氧化降解影响大于对热降解的影响。通过GC-MS分析可知,热降解热稳定盐主要有3种,氧化降解热稳定盐主要有6种。为抑制热降解与氧化降解,研究选取酒石酸钾钠等6种抗氧化剂进行考察,得到最佳抗氧化剂为丙酮肟,最佳添加量为800mg/L,其中热降解抑制率为97.9%,氧化降解抑制率达到98.3%,实现了AEP-DPA-ACT相变体系的低降解率,为相变纳米流体的稳定运行提供了保障。

对一种新型相变微乳液的物理性质及稳定性的研究

相变流体(PCS)是一种新颖的储传热介质,其表观比热和传热能力比水大,在换热强化和能量输运领域有广泛应用,但传统的相变流体在实际应用中有很大的缺陷。使用工业级相变石蜡制备了一种新型相变储能微乳液,并测定了该材料的相变微粒的粒径、粘度、相变潜热及稳定性等性质。测试结果表明,制备的相变微乳液拥有较高的储能能力和稳定性,在热交换等领域具有广阔的应用前景。

相变乳状液的储冷模型与参数分析

本文建立了一种乳化的非牛顿相变功能流体的循环储冷模型,对影响其储冷性能的各项参数进行了模拟计算和分析。得出了描述不同储冷条件下与初始温度相关联的显热段和与乳液浓度相关联的潜热段储冷性能特征的无量纲关联式,以及储冷速率的相对比较。计算结果与有限条件下的测试结果基本吻合。该研究结果对采用潜热型功能相变流体储冷装置的设计具有参考价值。

内置弧形槽扭旋元件圆管中相变微胶囊的传热特性研究

设计出一种新型管内强化换热元件——弧形槽扭旋元件,在雷诺数Re=200~1 600范围内以MPCM相变流体为介质进行了管内流速场和温度场的数值模拟,基于等效比热容法从场协同角度分析了弧形槽扭旋元件的强化传热机理,并讨论了元件弧度的变化对管内换热效果的影响。结果表明:弧形槽扭旋元件可以从增强流场与温度场协同程度和提高MPCM颗粒的熔化率两方面共同增强换热效果,与传统扭旋元件相比管内Nu最高可增加12%;较低Re时,弧度r=π元件的Nu最大,而r=4π/3元件则在高Re时有着较好的换热性能;r=π元件的阻力系数最高,3种不同弧度的元件的PEC均大于1,最大值约为1.35。

石蜡乳状液潜热输送材料的研究进展

石蜡乳状液潜热输送材料是由相变石蜡与水乳化而成的悬浮液,具有较大的热容,能量储存密度及输送密度远高于相同温差下的水,因此可以使循环流量大幅降低,从而降低循环能耗,实现节能。根据相变石蜡材料及应用背景不同,分别综述了低温石蜡乳状液潜热输送材料、高温石蜡乳状液潜热输送材料的研究现状。指出了石蜡乳状液潜热输送材料在导热性能和稳定性等方面存在的共性问题,并探讨了解决措施:纳米颗粒强化传热是提高其导热性能的有效方法,研制纳米级相变石蜡微乳液是提高稳定性的有效途径。