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爆珠胶囊螺旋管外相变微胶囊悬浮液换热

时间:2022-12-26 10:57:22来源:本站 作者:超级管理员 点击:

  爆珠胶囊螺旋管外相变微胶囊悬浮液换热。

  相变材料(phase change material, PCM)储能具有储能密度高、充放能过程温度变化小、安全性好等优点,在余热回收、热泵除霜及建筑供热等领域的应用中受到广泛关注。相变储热材料按其化学组成可分为无机和有机类。无机相变材料主要包括结晶水合盐、熔融盐等,由于具有较高的熔点,一般用于中高温领域储热,然而,在使用中存在过冷度大和相分离问题。有机相变材料主要包括石蜡类、醇类和脂肪酸类等,一般用于中低温领域的热能储存与调配,具有稳定性好、过冷度低的优点,但与无机相变材料相比,其导热系数偏低且成本较高。目前,强化相变蓄热装置传热效率的研究主要从2个方面开展:1)优化蓄热装置的几何结构,如改变换热管的排列方式或盘管形状、采用微热管以及加装肋片等方式,与直管相比,螺旋盘管式换热器具有较高的表面积/体积比,即只需占蓄热箱中较小的体积就能实现高热流量的输出,因此,具有更高的传热速率;2)改善相变材料的自身性能,目前针对中低温储热的有机相变材料的主要改善措施有纳米颗粒复合相变材料、多孔介质吸附相变材料和相变材料微胶囊化封装。 相变微胶囊(microencapsulated phase change material, mPCM)是指用有机或无机高分子壁材将相变芯材进行封装,从而形成壳-核结构的微胶囊颗粒,其粒径一般为0.1~1 000 μm,可避免相变材料的泄露和相分离。进一步将相变微胶囊与单相传热流体混合形成稳定的微胶囊悬浮液,它兼具流动性、导热特性以及相变材料高蓄热密度高等优势,同时也呈现出与常规单一流体或块状相变材料完全不同的换热蓄热特性,但其要求在自然条件下保持较长时间稳定。目前研究者多通过添加乳化剂、悬浮剂以及调节基液与微胶囊颗粒间的密度差的方式维持悬浮液较长时间稳定。刘丽等以正丙醇与水的混合溶液作为基液(其中正丙醇的质量分数为33%),制备了能维持48 h 不分层的高浓度微胶囊悬浮液;WANG等制备了以乙醇/水为混合基液,多壁碳纳米管和微胶囊粉末同为溶质的吸光型相变微胶囊悬浮液,该悬浮液在保持较长时间稳定的同时,也具备良好的蓄热性能和光热转换性能。

  基于是否考虑颗粒与基液间的相互作用以及是否关注固体颗粒的运动轨迹,潜热型功能流体的数值模拟方法可分为离散相模型和均一相模型。吴兴辉等采用离散相模型,对恒热流水平圆管中相变微胶囊悬浮液的传热特性进行了研究,发现随微胶囊质量分数增大,颗粒粒径减小,壁面与悬浮液间的传热效果增强;ALQUAITY 等通过实验与模拟对比了离散相和均一相模型在计算微通道内相变微胶囊悬浮液的流动与传热性能上的差异,发现离散相模型在蓄热量的预测上精度更高,而在流动压降的计算上则与实验值存在较大偏差。SOHN 等的研究表明只有当颗粒Peclet 数较大(Pe>300),且运动速度较快时,才需考虑颗粒与基液之间碰撞引起的“微对流”效应。由此可以看出,目前离散相模型多用于微胶囊悬浮液作较高流速的管内受迫流动,而由自然对流引起的较低流速下的Rayleigh-Benard(RB)流和方腔流多采用均一相模型,即忽略固体颗粒的影响,将两相流等效为均相流体,悬浮液的物性参数如密度、黏度和比热容等均使用整体参数进行计算。ZHANG 等采用均一相模型模拟了矩形方腔内底部加热悬浮液的自然对流传热过程,发现悬浮液中微胶囊的相变缩短了自然对流的启动时间;INABA 等同样采用均一相模型对方腔内底部加热微胶囊悬浮液的非稳态传热和蓄热特性进行了模拟研究,可知当发生相变时,微胶囊悬浮液的换热系数和蓄热量均明显比未发生相变时的高,并且当板冷却底部加热的RB流中微胶囊颗粒浓度较高时,黏度对传热的抑制作用超过了潜热对传热的增强作用,使换热系数随浓度升高而减小。

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(责任编辑:超级管理员)
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