Numerical Investigation of the Thermal Behavior of a System with a Partition Wall Incorporating a Phase Change Material

The work deals with the thermal behavior of a conventional partition wall incorporating a phase change material(PCM).The wall separates two environments with different thermal properties.The first one is conditioned,while the adjacent space is characterized by a temperature that changes sinusoidally in time.The effect of the PCM is assessed through a comparative analysis of the cases with and without PCM.The performances are evaluated in terms of dimensionless energy stored within the wall,comfort temperature and variations of these quantities as a function of the amount of PCM and its emplacement.

PDMS包封CPCM制备三明治结构织物及热性能分析

为解决正十八烷在使用过程中的相泄露问题,以细菌纤维素膜为支撑载体、聚二甲基硅氧烷为包封材料,通过真空浸渍和热固处理制备形稳性复合相变材料。正十八烷浸渍率高达84.9%,潜热能为212.70 J/g,可经受100次热循环测试。经180°弯折后回弹角为156.4°,回弹角相较于包封前提高了131.7%。以复合相变材料为中间层、涤棉混纺织物为外层,经由聚二甲基硅氧烷粘合和固化处理,制得三明治结构织物。吸热饱和后,三明治织物表面温度比普通织物延时降温310 s,在日照模型和人体热管理测试中其覆盖的空间内部温度比普通织物覆盖处降低0.9℃,显示出优异的储热和隔热性能。

多孔铝骨架/复合相变材料温控性能研究

相变储能材料(PCM)具有储热密度大、储/放热过程几乎恒温性等优点,是解决电子器件狭小空间下高热流密度问题的理想方案,但相变材料本身的导热系数较低、传热效率差等特性却限制了其应用范围。针对上述难题,以石蜡作为相变材料,通过3D打印制备多孔铝骨架,再采用水浴灌注法将石蜡灌注到多孔铝骨架中,制备出多孔铝骨架/复合相变材料(AS-PCM)。通过实验探究了95%、85%、75%3种孔隙率的温控性能。实验结果表明,添加多孔铝骨架可增强PCM的热传递,从而降低热源温度。在较大的功率下,AS-PCM对传热的改善更为明显。熔化完成前,低孔隙率AS-PCM热沉的底部温度和温度梯度更低,使用多孔铝骨架代替泡沫金属,为提高PCMs的导热性能提供了了新的多孔金属基体。

金刚石/纳米氧化铝陶瓷复合材料高温高压合成物相结构分析

以正硅酸乙酯(TEOS)为反应前驱体,采用溶胶-凝胶法在金刚石微粉(粒度0.1~4μm)表面包覆一层非晶纳米氧化硅膜层,同时在覆膜层中加入纳米Si粉和纳米Al_(2)O_(3)粉,制备出金刚石/纳米SiO_(2)/纳米Al_(2)O_(3)复合包覆体。采用高温高压(HTHP)技术,将复合包覆材料置于六面顶压机中,以压力5 GPa、温度1100℃~1700℃、保温20 min的条件制备了金刚石-氧化铝陶瓷烧结体。在高温高压合成过程中,纳米SiO_(2)从非晶态转变为晶态,原料纳米Al_(2)O_(3)中的γ-相、θ-相转变为稳定的α-相,同时,SiO_(2)和Al_(2)O_(3)之间形成了Al_(2)SiO_(5)(莫来石)相,由此,通过高温高压下反应原料的结构转变与复合,可以获得致密度良好的金刚石-氧化铝复合材料。

潜热储能系统热力特性研究及应用分析

研究搭建了一小试规模的潜热储能系统,能对200~300℃的热量进行存储、释放,通过不同方式表征所使用相变材料的物理性质,研究其与应用场景的匹配性,同时分析所设计系统循环过程中的参数变化,研究系统热力特性。试验结果表明:所用二元硝酸盐能够稳定的储存温度200~290℃的余热,所使用的带螺旋型翅片换热管的潜热储能系统具有较高的热效率,试验台储热耗时51.75 min,完成47.809 MJ的能量储存,放热耗时43.5 min,释放出46.209 MJ能量,系统的储热效率为79.16%,放热效率为79.15%。在系统的循环过程中,系统累计输入能量60.398 MJ,输出能量36.578 MJ,循环效率为60.56%。

铝基金属相变材料储热研究进展

高温储热技术有一定的应用场景,但相较于中低温储热技术空白较多,有着较大的研究潜力。其中,具有高熔点、高相变潜热、高热导率的优异热学性能以及良好的力学性能的铝基金属作为相变储热材料是当前高温储热行业的热点研究对象,但也存在高温腐蚀性强的问题,尚未实现大规模应用。因此,对铝基金属相变材料的研究现况进行总结非常必要。本文对近5年相关文献进行探讨,概述了铝基金属作为相变材料的性能,包括微胶囊法、混合烧结法的主流制备方法,以及材料的应用的设计和数值模拟等三个方面的研究进展,对铝基金属相变材料的未来研究方向作出了展望,为铝基金属作为相变材料在储热技术上的应用提供参考。

抗高温保温筒相变材料仿真特性研究

随着以“慧磁”钻井中靶导向系统为代表的主动磁测技术的不断提升和应用范围的不断扩展,未来将更多应用在地热开发井、深部矿产资源勘探井等高温井中,高温会成为限制仪器在上述领域应用的“瓶颈”问题。为进一步提升“慧磁”系统的耐温性能,提出采用被动热管理方式,通过使用有限元方法对保温筒相变储热特性进行仿真计算,探究了吸热体最佳耦合长度并横向对比控温能力最佳的相变材料,分析了保温筒内部轴向温度和吸热体相态随时间变化情况。结果表明,上吸热体长度400 mm和下吸热体长度250 mm为最佳耦合长度,保温筒在150℃下工作6 h后,上吸热体相变潜热利用率96.7%,下吸热体相变潜热利用率70.5%,电路板最低温度63.48℃,低熔石蜡控温效果最佳。

热害矿井个体御热装备设计优化与性能研究

针对地下矿山作业地点高温高湿问题,提出应用个体御热装备的解决方案。研发了两款采用相变材料的个体御热装备,采用5类主观评价量表对测试人员的热舒适性、触觉舒适性、服装舒适性、织物手感和可用性进行性能评价。结果表明:①两款御热装备都得到测试人员较好的热舒适性评价,但随着时间推移,受人体汗液蒸发影响,两款御热装备都变得较为潮湿,在除湿性能上仍有待提高;②在测试末段,横插式御热装备在可用性指标上得到较好评价,而竖插式御热装备仅得到略微可用的评价,测试人员负面感受来自相变材料的融化下坠感;③整体来看,测试人员更偏向相变材料采用横插式的御热装备,说明对背心式御热装备的优化研究取得了良好效果。

路面用潜热材料的制备与调温性能研究

选择适合路面光热环境的有机相变材料,分3种导入模式制备相变改性沥青、硅藻土粉末状复合相变材料和陶砂粒状复合相变材料,根据制备材料的性能进行取舍,确定所用的复合相变材料.采用复合相变材料等体积替代矿粉和细集料制备潜热沥青混合料,并用温度监测系统测定其调温效果.结果表明:所制备的路面用潜热沥青混合料相比于基质沥青混合料,可降温8～10℃,因而料具有良好的调温效果.

常温储能控温纤维及纺织品的研究与发展

介绍常温储能控温纤维及纺织品的国内外研究现状、相变储能材料的控温储能原理、各种常用常温相变材料的性质特点。阐述纤维及纺织品用常温储能相变材料的选择原则。例举复合纺丝法、中空纤维填充法、织物涂层后整理法、微胶囊法等相变材料与纤维或纺织品的复合方法,比较各种复合方法的特点与优劣。根据目前的研究状况和发展态势预测了常温相变材料及其与纤维、纺织品复合工艺的发展前景和方向。

基于相变材料的调温沥青路面应用研究进展

相变材料(PCMs)由于其独特的储能特性,已广泛应用于工业、建筑等领域,是一种可以用于道路工程领域中的新型材料,具有良好的应用前景。在总结近几年国内外相关研究的基础上,对相变储能材料在调温沥青路面方面的应用研究进行了概述。介绍了共晶系相变材料与定形相变材料的基本概念,进行了基于相变材料的路表温度模型调温机理分析,重点阐述相变材料掺入沥青混合料的方式,对该研究领域的一些现存问题进行了探讨。并提出了适用于沥青路面的相变材料的性能要求与标准,展望了相变调温沥青路面的发展趋势和应用前景。

相变材料的复合及其调温纺织品

为了进一步拓宽相变材料的应用范围和使用价值,开发具有调温性能的新型智能纺织品,研究了2种相变材料的复合及其热性能,将理论计算与实际测试相比较,筛选出复合物的最佳配比。采用涂层法将复合相变材料用于调温纺织品的研发。详细探讨了涂层量、焙烘温度以及水洗过程等因素对织物调温性能的影响;对处理后织物的热性能进行了测试。研究表明,处理后织物具有较理想的相变温度和较高的相变焓,调温效果良好。

复合相变储能材料在大体积混凝土中的控温性能

针对大体积混凝土易出现的温度裂缝问题,利用相变储能材料(PCM)在特定温度范围内的热效应来控制大体积混凝土内部温度场,降低了混凝土内部温度应力,有效防止大体积混凝土温度裂缝的出现。利用自行设计的温度测试系统,测试了标准尺寸试件的内部温度场。对比分析了单一相变材料、复合相变材料及微胶囊相变材料的控温性能和材料性能。研究结果表明:相变控温材料能使大体积混凝土内部温度变化速率趋于平缓,有效阻止因水化热所引起的早期热裂缝,且对混凝土强度影响不大;相变材料的复合工艺对控温性能也有一定影响。研究结果能较好的解决大体积混凝土的温度裂缝问题,具有较好的推广应用前景。

基于均匀设计优化制备癸酸-棕榈酸/SiO_2复合相变材料

以SiO2作为载体材料,癸酸-棕榈酸作为相变材料制备癸酸-棕榈酸/SiO2复合相变材料。基于均匀设计和多元非线性回归法研究了各因素对复合相变材料吸放湿性能和控温性能的影响。结果表明,各因素对性能影响的主次顺序为:溶液pH值>无水乙醇与正硅酸乙酯的物质的量比>癸酸-棕榈酸与正硅酸乙酯的物质的量比>去离子水与正硅酸乙酯的物质的量比>超声波功率;优化制备方案:溶液pH值为3.62,超声波功率为100W,去离子水与正硅酸乙酯的物质的量比为9.67,无水乙醇与正硅酸乙酯的物质的量比为5.21,癸酸-棕榈酸与正硅酸乙酯的物质的量比为0.52。

PAR/POL/SOD复合微胶囊的制备及热湿性能研究

以相变石蜡为核、高吸油性树脂聚丙烯酸酯为内壳,采用原位聚合法制备相变调温微胶囊,在内壳形成后,采用界面聚合法合成以高吸水性树脂聚丙烯酸钠为外壳的复合微胶囊,通过差示扫描法、吸放湿平衡曲线法对复合微胶囊调温、调湿性能进行测试;利用扫描电镜、红外光谱分析仪对复合微胶囊的形貌、结构进行分析。结果表明,双壳复合微胶囊兼有良好的调温调湿性,可作为温湿调节剂配制调温调湿建筑材料。

二十二烷/膨胀石墨复合相变材料的制备与表征

基于膨胀石墨(EG)良好的热性能和吸附性,以膨胀石墨为吸附介质,以二十二烷(DE)为相变材料,用熔融共混法制备了二十二烷/膨胀石墨复合相变材料,采用扫描电镜、差示扫描量热仪、综合热分析仪、X射线衍射仪等对其进行性能测试和表征分析。结果表明,膨胀石墨具有网络状微孔结构,通过与二十二烷的物理结合将其封装,使其稳定性提高,同时颗粒粒径较小且均匀性较好,分散性提高;随着膨胀石墨含量的增加,复合相变材料导热系数提高、热稳定性增强;复合相变材料的相变温度较二十二烷略有降低,过冷现象得到改善,并具有较高的相变潜热;综合分析,复合相变材料中膨胀石墨的最佳含量为10%(质量分数)左右。

沥青路面用复合定形相变材料调温效果研究

借助微胶囊法制备十四烷为相变材料的复合定形相变材料,采用DSC测试复合定形相变材料老化前后的热物性参数,通过直掺法制备调温沥青混合料,并采用调温试验测定不同配方、不同掺量复合定形相变材料的调温效果。结果表明:老化后,复合定形相变材料的相变起始温度与相变焓值均有一定程度的降低:相变材料100%为十四烷的复合定形相变材料在升降温阶段的相变起始温度分别降低了20. 3%、14. 3%,其相变焓值分别降低了13. 1%、12. 8%;相变材料由77. 84%十四烷与22. 16%液体石蜡组成的复合定形相变材料在升降温阶段的相变起始温度分别降低了38. 5%、15. 3%,其相变焓值分别降低了11. 4%、13. 3%。建议在沥青混合料配料计算过程中,考虑复合定形相变材料在老化过程中的质量损失率,以确保吸放热量保持稳定。相变材料为100%的十四烷的复合定形相变材料在升降温阶段的调温效果均为最优:在降温阶段,其掺量为0. 5%时的调温效果最优,在升温阶段,其掺量为0. 3%时的调温效果最优,建议针对复合定形相变材料在沥青混合料中的不同作用选取合理而高效的掺量。相变材料发挥的调温效果与相变起始温度与相变材料的含量密切相关。

球形粉煤灰基高温定形复合相变蓄热材料的制备与性能

研究了干压成型法制备球形高温定形复合相变蓄热材料的工艺.采用粉煤灰为陶瓷基体材料、金属铝为相变介质,以PVA作黏合剂,通过球形模具干压成型后,在室温至1 000℃程序控温及无保护气的条件下进行无压烧结,得到直径D为7.5mm的近球形高温定形相变材料,有望在高温球形堆积床蓄热器中加以应用.研究表明:相变介质含量、坯料量和素坯成型压力对材料的球形度及烧结稳定性有明显影响,烧结后相变介质由最初的单质铝转变为Al-Si共晶合金.当坯料量为0.35g、成型压力为0.6 MPa时,制备的D7.5mm球形材料铝含量可达57%(质量分数),球形度为0.92,密度为1.60g/cm^3,经20次热震后相变潜热为62.49J/g,相变温度峰值为577.33℃.

正癸酸-月桂酸-硬脂酸三元低共熔体系/膨胀石墨复合相变材料的制备与表征

将正癸酸(DA)、月桂酸(LA)和硬脂酸(SA)熔融共混制备了三元体系相变材料(DA-LA-SA),以DA-LA-SA为相变材料,膨胀石墨(EG)为载体材料,用熔融共混法制备不同DA-LA-SA含量的三元低共熔脂肪酸/膨胀石墨复合相变材料(DA-LASA/EG-PCMs)。采用FT-IR、XRD、SEM、TGA和DSC对其组成成分、晶体结构、微观形貌、相变温度和相变焓进行表征。结果表明,当DA、LA和SA的质量配比为1∶8∶1时,DA-LA-SA具有较低的相变温度和较高的相变焓;EG由大量的微孔构成,通过微孔束缚和表面吸附与DA-LA-SA物理结合,具有良好的稳定性;EG质量分数为10%时,所制备的DA-LA-SA/EG-PCMs三元相变体系复合相变材料的相变温度为38.6℃,相变焓为123J/g,导热系数为3.572 1 W·(m·K)-1,分散均匀,颗粒粒径较小,具有优良的热性能和稳定性。

陶瓷基高温复合相变蓄热材料的制备与性能研究

以铝粉为相变材料,白泥和高铝矾土为基体材料,制备出一种新型高温复合相变蓄热材料,并对成型试样进行金相、SEM、EDS、XRD以及DSC-TG分析。通过实验确定了材料的配比、成型压力、保压时间和烧结温度等工艺参数,分析了实验机理,获得了材料的最佳配比和制备工艺。结果表明,该高温复合相变蓄热材料具备良好的蓄热性和热稳定性,可被广泛应用。