纳米相变微胶囊在蓄热结构化填充床中的应用模拟

作     者：黄志国 孙志高 HUANG Zhiguo;SUN Zhigao

作者机构：苏州科技大学环境科学与工程学院江苏苏州215009 

出 版 物：《化工学报》 (CIESC Journal)

年 卷 期：2023年第74卷第10期

页      面：4109-4128页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：江苏省高校自然科学研究重大项目(16KJA480001) 江苏省自然科学基金项目(BK20170382) 苏州市科技计划项目(SS202149) 

主　　题：相变 纳米相变微胶囊 填充床 数值模拟 顺排结构 叉排结构 蓄/放热性能 

摘      要：利用相变材料的潜热储能,是解决可再生能源不连续问题的有效途径之一。以钛酸四丁酯(TBT)为前体,采用界面水解-缩聚法制备了纳米相变微胶囊。纳米相变微胶囊的热导率提高到原材料的215%,约为0.43 W/(m·K),相变温度为42.4℃,相变潜热达到234.7 J/g,纳米相变微胶囊强化了相变材料的传热性能蓄热,适用于太阳能热水系统。建立了三维计算模型,利用Fluent软件对填充床进行了数值模拟,研究了顺排结构(SS)和叉排结构(CS)填充床的蓄/放热性能。分析了两种结构化填充床在不同流速下,液相率、温度场和蓄/放热功率的变化情况。结果表明,随着流速的增大,SS和CS的熔化/凝固速率均加快。在相同流速下,CS比SS熔化/凝固更快。SS和CS在不同的阶段升温速率不同,与SS相比,CS的温度变化更加均匀。在较低流速(2 L/min)下,SS和CS蓄/放热持续时间较长,变化较小。在不同的流速(2、4和6 L/min)下,CS的峰值蓄热功率是SS的1.7倍~1.9倍,峰值放热功率是SS的1.8倍~2.0倍。