石蜡/碱改性硅藻土/膨胀石墨复合相变储热材料的制备及性能

通过碱处理,优化了硅藻土(DIA)的孔隙结构,提高了孔隙率,增加了石蜡(paraffin)负载量。通过直接浸渍法制备了新型性状稳定的石蜡/碱改性DIA/膨胀石墨(EG-alDIAP)复合材料,并研究了其结构与性能的关系。结果表明,复合相变材料的石蜡负载量从47.4%提高到了61.1%,进而提高了复合材料的储热性能;向改性DIA中添加膨胀石墨(EG)提高了复合材料的传热能力,添加质量分数10%EG时导热系数提高了113%(从0.276 W·m^(-1)·K^(-1)提高到了0.589 W·m^(-1)·K^(-1))。随着EG含量的升高,复合相变材料的相变潜热有所增加,但化学相容性、稳定性等无明显变化。含10%EG的石蜡/碱改性DIA复合材料具有可靠的储能性能、良好的温度调节性能和蓄放热能力。

添加膨胀石墨的二十二烷-十二醇复合定形相变材料的性能研究

针对于太阳能PV/T系统相变材料热导率低、易泄漏的问题,本工作制备了二十二烷-十二醇/膨胀石墨复合定形相变材料并对其性能进行实验研究。本工作首先按照6∶4的比例制备了二十二烷-十二醇相变材料,然后采用熔融共混法制备了一系列膨胀石墨含量不同的复合定形相变材料。实验借助场发射扫描电子显微镜观察其微观结构,利用热流型差示扫描量热仪、热导率测量仪等仪器测量其潜热、热导率等参数,研究了材料的物理相容性、吸附性、循环稳定性,探究了膨胀石墨和二十二烷-十二醇的最佳配比及其各项性能。结果表明,当膨胀石墨质量分数为15%时,复合定形相变材料性能最佳,此时膨胀石墨足以将相变材料吸附,渗漏率仅为3.85%且无明显渗出,其熔化和凝固相变潜热分别为203.8 kJ/kg和-196.6 kJ/kg;在经过50次冷热循环后,其相变温度及潜热变化较小,热导率基本保持稳定,波动幅度仅为5.9%,质量损失较少,仅为0.0495 g,表现出良好的循环稳定性。研究为后续定形相变材料在太阳能PV/T系统中的应用提供理论数据支撑。

太阳能相变蓄热炕的实验及数值模拟研究

为实现太阳能相变蓄热炕的快速升温,采用毛细管网及配置高导热复合相变材料来提高炕体的热响应时间,通过数值模拟与实验研究相结合的方法对炕体的热工性能进行研究。本文首先对比不同熔点石蜡的差示扫描量热(differential scanning calorimetry,DSC)曲线,选取35#石蜡作为研究对象,采用熔融混合法制备不同配比的石蜡-膨胀石墨复合定形相变材料;并通过渗漏测试确定最佳配比。实验表明:当膨胀石墨质量分数为8%时,复合定形相变材料渗漏率较低,为兼顾储热、导热性能的最佳配比。将石蜡复合相变材料应用于太阳能相变蓄热炕,通过计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)建立三维非稳态传热模型,对炕体进行24 h供热模拟设计;模拟表明:太阳能相变蓄热炕在昼间垫面温度达到24.2℃,夜间垫面温度达到30.2℃。通过Trnsys(transient system simulation program)软件对组合式系统进行运行模拟发现:组合系统均可达到设计的45℃及以上;另外,组合式系统全年节电量为2974.7 kW·h,或节省标准煤469.9 kg,或减少二氧化碳1240.5 kg、一氧化碳70.9 kg、PM_(10)6.8 kg等,节能减排量显著。

基于石墨烯相变材料的锂离子电池热管理技术研究

锂离子电池由于其高能量与高能量密度而被广泛运用于生活中的各个领域,但这也导致它在运行期间容易升温,影响电池的正常工作。相变材料(PCM)是一种有效热能存储材料,由于其在转变物理性质的过程中可以吸收或者释放大量潜热,从而被研究应用于电池热管理系统。该文以石蜡(PA)作为相变基体,膨胀石墨(EG)和石墨烯协同增强导热,制备高导热性的复合相变材料。在不同石墨烯含量下,观察其在锂电池放电过程中的冷却作用。结果表明,复合相变材料能有效降低工作中锂离子电池的表面温度,同时使电池的性能更加稳定。通过对比复合相变材料与PA的降温效果,发现当放电倍率越高,其降温效果越好。当放电倍率为3C、复合相变材料为PCM-4时,冷却效果较好,电池最高表面温度41.24℃,比PCM-1下降5.31℃,较PA而言,温度降低10.39℃。

LMPA/EG定形复合相变材料的制备及性能研究

以低熔点合金(LMPA)为相变材料、膨胀石墨(EG)作为多孔吸附基质和支撑材料,经熔融混合和加压压制制备出EG/LMPA定形复合相变材料(LMPA质量分数为90%),并对材料的微观结构和化学成分进行测试。结果表明,EG/LMPA中EG的多孔结构可有效地吸附LMPA,经多次加热-冷却循环的热循环稳定性较好;表观密度为3397 kg/m^(3)时导热系数为46.15 W/(m·K),与纯合金相比提高了209.1%,储能容量可达1.0×10^(5)kJ/m^(3)。

石蜡/膨胀石墨定形相变材料的性能

以石蜡为相变材料,利用膨胀石墨多孔网络结构,通过物理吸附法制备出石蜡/膨胀石墨复合相变材料,并通过模压法制成定形相变材料板块。采用差示扫描量热分析仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、偏光显微镜(POM)和Hot Disk热常数分析仪等对复合相变材料进行了结构和性能的表征与测量,建立了冷/热循环实验系统以分析材料的蓄/放热性能等。结果表明:石蜡质量分数为80%的定形相变材料相变温度为27.27℃,相变焓为156.6kJ·kg-1。制备的定形相变材料具有相变过程形状稳定、热导率高、储热密度大等特点,并具有良好的稳定性和较长的使用寿命。

采用相变材料冷却的动力电池组的散热性能

使用石蜡/石墨相变复合材料设计了单体电池和电池组,开展了动力型镍氢电池组散热的实验。通过测定电池在不同电流下放电过程中的温度变化,研究和比较了分别采用相变冷却技术与空气换热冷却技术的电池散热效果;并初步优化了石蜡/石墨复合相变材料的质量配比。实验结果表明,在1C放电倍率下,采用相变材料冷却相对于空气自然和强制对流冷却,电池温升分别降低14～18℃以及9～14℃。石蜡与石墨质量配比在4∶1时,电池组冷却效果达到最佳。相变材料填充的电池经过充放电循环后,电池性能没有显著劣化。

石蜡/膨胀石墨复合相变储热材料的性能研究

以石蜡为相变材料、膨胀石墨为支撑结构,利用膨胀石墨的多孔吸附特性,制备出了石蜡含量90%(质量分数)的石蜡/膨胀石墨复合相变储热材料。采用扫描电镜(SEM)、偏光显微镜(PM)、X射线衍射(XRD)及差示扫描量热分析(DSC)对复合相变储热材料的结构和性能进行了表征。结果表明,膨胀石墨吸附石蜡后仍然保持了原来疏松多孔的蠕虫状形态,石蜡被膨胀石墨微孔所吸附,在石蜡质量含量为90%时仍保持定型特性;复合相变储热材料没有形成新物质,其相变温度与石蜡相似,相变焓与基于复合材料中石蜡含量的相变焓计算值相当。

膨胀石墨/石蜡复合材料的制备及其在动力电池热管理系统中的散热特性

本文将石蜡与膨胀石墨进行复合,并经过压制工艺做成板状膨胀石墨/石蜡(简称EG/PCM)复合材料,以解决石蜡导热性能差以及相变后变成液体流动的问题。用导热分析仪和差示扫描量热仪分别测试了EG/PCM复合材料的导热性能和潜热,并用扫描电镜表征了其微观结构。将EG/PCM复合材料应用于动力电池热管理系统,对单体电池和电池模块分别利用空气冷却和EG/PCM冷却后在1.0 C和1.5 C放电倍率下进行放电,并用温度巡检仪记录电池放电过程的温度情况,对比两种散热方式对动力电池的散热效果。

石蜡/不同粒径膨胀石墨复合相变材料的制备及性能研究

以攀枝花天然鳞片石墨为原料,KMnO_4和H_2O_2为氧化剂,HNO_3、H_2SO_4和HClO_4作为插层剂,制备出7种膨胀石墨。用熔融共混法制备膨胀石墨与石蜡复合相变材料,石蜡与膨胀石墨的配比为93∶7,采用X射线衍射、扫描电镜和差示量热仪对复合相变材料的性能进行分析。结果显示石蜡能够很好的吸附于膨胀石墨的层隙之间,导热性能得到很大的提升,经过20次蓄-放热循环后依然很稳定。

膨胀石墨对石蜡膨胀石墨复合相变材料热工性能的影响

在石蜡中加入不同含量的膨胀石墨制备了石蜡/膨胀石墨复合相变材料,通过测定不同膨胀石墨掺量的复合相变材料的导热系数、比热容、蓄热系数、热稳定性、热膨胀系数等参数,探究了膨胀石墨对石蜡的热工性能的影响规律。结果表明,膨胀石墨的加入,复合相变材料的导热系数呈线性增大,传热能力增强,蓄热时间缩短,蓄热系数增加,使石蜡的热效率提高;同时,冷热循环过程中,热膨胀系数减小,化学结构稳定,封装效果良好,具有较好的热循环稳定性和热化学稳定性,使石蜡的热稳定性提高。

石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料的储热性能研究

由二元相图确定出石蜡-硬脂酸二元低共熔物的质量配比为m(石蜡)∶m(硬脂酸)=17∶8,按上述配比通过熔融共混法制备出石蜡-硬脂酸复合相变材料,将石蜡-硬脂酸复合相变材料与石墨通过熔融共混法制备出石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料,通过储/放热实验和差示扫描量热法(DSC)对石蜡-硬脂酸和石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料的热性能进行了测试和表征。结果表明,石蜡-硬脂酸复合相变材料的相变储热性能好;随着石墨含量的增加,石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料的储/放热时间明显缩短,导热性能大幅度提高,但相变潜热逐渐降低,相变温度保持不变。制备的石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料具有合适的相变温度、较高的相变潜热,导热性能优良,可用于低温储能领域。

约束条件下石蜡—膨胀石墨复合相变材料热膨胀实验

采用水浴加热石蜡—膨胀石墨复合相变材料热膨胀压力试验装置,测试了约束条件下纯石蜡以及膨胀石墨质量分数分别为5%和10%的石蜡—膨胀石墨复合相变材料的膨胀压力.实验表明膨胀石墨的加入明显改善了石蜡—膨胀石墨复合相变材料的导热性能,使复合相变材料中石蜡的相变提前发生.膨胀石墨质量分数为5%和10%时,相变时间范围较纯石蜡相变时间分别缩短了30%和40%.膨胀石墨质量分数为5%时,石蜡—膨胀石墨复合相变材料产生的最大膨胀压力比纯石蜡相变产生的最大膨胀压力提高了25%,最大膨胀压力可达87.3 MPa.将石蜡—膨胀石墨复合相变材料用作驱动材料是切实可行的.

石墨-石蜡复合相变材料的圆柱型动力电池组热管理性能

本工作以21700容量型NCM811锂离子动力电池为研究对象,设计了正六边形布置的电池模组,外覆圆柱型石墨-石蜡复合相变材料的结构。利用数值模拟方法探究了不同恒定倍率放电,以及相邻两电池不同间距对模组热特性的影响。结果表明,对于不同倍率,相邻电池间距对电池模组高倍率放电过程中的温度影响要远大于低倍率放电过程,而对于相同倍率,小间距模组从放电开始至结束的温升要高于中间距和大间距模组。电池温度的变化相对于热流量在时间上有一定滞后,通过监测热流量的数值,能够对电池热管理的失效做出提前预知,提高电池组的安全性。

基于Workbench的膨胀石墨相变材料热沉优化设计

随着弹载平台飞行时间越来越长,速度越来越快,使用普通的热设计措施,如利用器件或结构自身的热容来延缓核心器件温度上升的做法已经越来越不适用。文中对使用膨胀石墨PCM(相变材料)的弹载相变热沉进行了参数化建模及分析,利用Ansys Workbench的DM(Design Modeler)参数化分析流程,使用Icepak并结合虚拟比热法进行了计算,得出了影响某实际工程中PCM热沉效能的几个相关参数及其最优值。

石蜡-膨胀石墨复合相变材料热导率研究

在石蜡(PA)中复合添加膨胀石墨(EG)是提高石蜡基相变材料导热性能的一种常见方法,准确预测PA-EG复合相变材料的热导率对于其应用十分重要。通过对EG质量分数小于20%的PA-EG复合相变材料微观结构特征的分析,建立了基于EG纤维在PA中均匀分散的微观结构几何模型,数值模拟了完全均匀分散PA-EG单元体的相变过程,分析了EG质量分数及其粒径对PA-EG复合相变材料等效热导率的影响规律,并提出了可适用于不同制备方法的PA-EG复合相变材料热导率预测模型。模型预测结果与已报道EG质量分数小于20%的PA-EG复合相变材料实验结果能较好吻合,误差小于15.1%。

膨胀石墨基定形复合相变材料的特性及其应用研究进展

综述了膨胀石墨基定形复合相变材料的特性及其应用研究进展。膨胀石墨基定形复合相变材料具有良好的导热性能、储能效果、热性能且可有效解决液相易泄漏问题。将传统建筑材料与膨胀石墨基定形复合相变材料结合,能够制备出具有适宜相变温度、相变潜热、抗压强度的相变储能建筑材料,将其应用于建筑节能、太阳能利用等领域可充分发挥材料储能控温特性,提高能源的利用效率,有效缓解能源危机。

石蜡基复合相变材料的制备及性能研究

采用熔融共混法,将不同相变温度的2种石蜡及石墨进行复合,得到新的相变材料,并将它们应用于服装面料。通过差示扫描量热法(DSC)及导热性测试获得相变材料的相变温度、相变焓及导热速率等;采用红外热成像仪测试面料的控温效果。结果表明,复合的含石墨的相变材料保留着高相变潜热的优点,同时传热效率有所增高,应用于服装面料可实现控温效果。

定形相变蓄热装置蓄放热数值分析及实验

文章设计了一种定形相变蓄热装置,该装置以可压缩成形的石墨/赤藻糖醇复合相变材料为蓄热介质,相变温度为118.71℃。测试了材料的热物性参数,并输入到建立的对流传热能量方程中;通过实验验证模型的准确性,将数值模拟结果与实验结果误差控制在2%以内;利用数值模拟结果,分析了不同进口流量和不同进口温度工况下的放热性能,计算了装置的循环热效率和放热[火用]效率。结果表明:增大进口流量,放热时间减少,循环热效率、[火用]效率下降;增加进口温度,放热时间变化较小,进出口温差减小,循环热效率和[火用]效率增长趋势下降。

蓄热除霜空调系统中蓄热材料的选型分析

蓄热除霜技术可大幅度降低压缩机做功及室内侧换热器从供热环境吸热这两部分热量占除霜总热量的比值,实现热泵系统的连续制热功能。而蓄热材料的合理选择是决定蓄热除霜技术实现的关键。本文从理论分析以及实验对比测试分析得出:复合相变蓄热材料(如:膨胀石墨/石蜡复合相变材料)最适合在蓄热除霜空调系统中应用。