添加相变微胶囊复合工质的传热性能研究

发布时间：2018-04-06 04:36

  本文选题：复合相变材料　切入点：相变微胶囊悬浮液　出处：《石家庄铁道大学》2015年硕士论文

【摘要】：随着微/纳科技和高分子技术的高速发展,微胶囊法制备的复合相变材料成为国内外能源利用和材料科学方面的研究热点。添加相变微胶囊复合工质采用介质材料实现对相变材料传热的强化,从而形成极具使用价值和发展前景的复合相变材料。然而由于其空间结构和传热过程的复杂性,对其传热性能科学、有效的表征方法还未建立,这也成为制约该类材料研发的瓶颈问题之一。论文采用理论分析与数值模拟相结合的方法,研究添加相变微胶囊复合工质传热性能的科学表征方法及传热特点。从相变微胶囊悬浮溶液的空间结构特点出发,建立能够反映介质材料与相变材料间换热的双温度模型,其主要特点为:(1)忽略介质流体与相变微胶囊间的相对运动;(2)假设热量仅在介质材料体系中传递,忽略相变材料体系中的热扩散;(3)将介质材料与相变材料间的换热简化为同一时空点介质材料体系与相变材料体系温度差的线性函数。该模型在速度为零时即可适用于添加相变微胶囊的定型复合相变材料,进而成为添加相变微胶囊复合工质的通用传热模型。分析了该模型中传热特性参数的物理意义,并将该模型与等效比热模型、双流体模型等进行对比分析。以相变储能石膏板的传热过程为例,利用有限差分法对所建模型能量方程的一维非稳态形式进行了数值求解。根据数值模拟结果,分析了第一类边界条件作用下,介质材料体系与相变材料体系间温度差的空间及时间分布规律;分析了第三类周期性环境温度边界条件作用下,相变储能石膏板中介质材料体系与相变材料体系间单位热阻、相变微胶囊体积浓度等传热特性参数对温度波衰减和滞后的影响规律。以相变微胶囊悬浮液在圆管内层流流动时的对流换热为例,数值分析了介质材料体系与相变材料体系间单位热阻、相变微胶囊体积浓度等传热特性参数对对流换热系数、热流密度等参数的影响规律。论文所建模型不仅适用于添加相变微胶囊复合工质,也适用于多孔介质基复合相变材料。论文工作对这类具有骨架结构复合相变材料传热性能的定量评价、热物性测量技术及大规模应用具有十分重要的意义。
[Abstract]:With the rapid development of micro / nanotechnology and polymer technology, microencapsulated composite phase change materials (PCMs) have become a hot spot in energy utilization and material science research at home and abroad.The heat transfer of phase change material can be enhanced by adding phase change microcapsule compound working fluid, and thus the composite phase change material with great application value and development prospect can be formed.However, due to the complexity of its space structure and heat transfer process, the science of heat transfer performance and effective characterization methods have not been established, which has become one of the bottleneck problems that restrict the research and development of this kind of materials.By combining theoretical analysis with numerical simulation, this paper studies the scientific characterization method and heat transfer characteristics of the heat transfer performance of the composite working fluid with phase change microcapsules.Based on the spatial structure characteristics of phase change microcapsule suspension solution, a double temperature model is established to reflect the heat transfer between dielectric material and phase change material.Its main feature is that (1) neglects the relative motion between the dielectric fluid and the phase change microcapsule.) it assumes that the heat is transferred only in the medium material system.The heat transfer between the dielectric material and the phase change material is simplified as a linear function of the temperature difference between the dielectric material system and the phase change material system at the same time and space.The model can be applied to the composite phase change materials with phase change microcapsules at 00:00, and then become a general heat transfer model for adding phase change microcapsules.The physical meaning of the heat transfer characteristic parameters in the model is analyzed, and the model is compared with the equivalent specific heat model and the two-fluid model.Taking the heat transfer process of phase change energy storage gypsum board as an example, the one-dimensional unsteady state of the energy equation of the model was solved numerically by the finite difference method.Based on the numerical simulation results, the spatial and temporal distribution of the temperature difference between the dielectric material system and the phase change material system is analyzed under the first kind of boundary condition, and the third kind of periodic ambient temperature boundary condition is analyzed.The effect of heat transfer parameters such as unit thermal resistance between dielectric system and phase change material system and volume concentration of phase change microcapsule on the attenuation and hysteresis of temperature wave in phase change energy storage plasterboard.Taking the convection heat transfer of phase change microcapsule suspensions in laminar flow in a circular tube as an example, the heat transfer coefficient of heat transfer coefficient such as unit thermal resistance and volume concentration of phase change microcapsules between dielectric material system and phase change material system is numerically analyzed.The effect of heat flux and other parameters.The model is not only suitable for adding phase change microcapsules, but also suitable for porous media based composite phase change materials.The work of this paper is of great significance to the quantitative evaluation of heat transfer performance of this kind of composite phase change materials with skeleton structure, the measurement technology of thermal physical properties and the large-scale application.
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34

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本文编号：1718024