基于太阳能供热的石墨烯/石蜡复合相变材料蓄放热特性实验研究

发布时间：2021-11-27 11:45

　　由于太阳能间歇性和不稳定性的缺点,给其在供热方面的应用带来了局限,采用相变储能法可改善太阳能供热应用的缺点。对此以石蜡为基液,向其中添加石墨烯通过"两步法"制备出石墨烯质量分数分别为0.1%、0.3%和0.5%的复合相变材料,搭建复合相变材料蓄放热实验台并记录数据。结果表明:在相同的实验条件下,石墨烯/石蜡复合相变材料随着石墨烯质量分数的增加,熔化速率也随之增加,在添加量为0.5%时增加了14.15%;凝固速率也随石墨烯质量分数的增加而增加,但效果不如熔化速率明显;复合相变材料在圆管外的蓄放热过程中,位于圆管底部的材料熔化与凝固效果均不理想。 

【文章来源】：化工新型材料. 2020,48(03)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

蓄放热模型图

在进行复合材料蓄热实验之前，先进行了纯石蜡的蓄热实验，图2为石蜡在恒温水浴55℃时的熔化过程中固-液相变过程图。由图可见，在30min时，只在圆管贴壁的上部有液相，其他部分未发生明显变化，仍保持开始时凝固的状态，这是由于在熔化过程初期由于圆管与石蜡的热量传递方式主要是导热，两者只是接触熔化，熔化速度缓慢。随着时间的推移，液相越来越多的自然对流方式开始出现，在90min时发现，石蜡的液态面积增加明显且集中在圆管上方，在圆管上方形成“U”字形并有向外壁扩张的趋势，沿圆管中心向上，在石蜡顶面也发现有液体渗出。圆管下方的石蜡仍未发现明显液态。在120min时，在圆管水平截面以上的石蜡基本全部熔化为液体，下方仍有未熔化石蜡。分析原因可能是由于热流向上移动的原因使圆管上方的石蜡先熔化，当石蜡熔化一段时间后，自然对流成为了石蜡与圆管热量交换的主导方式，熔化开始加剧，由于石蜡的导热系数很小，在圆管下方的石蜡只能通过导热方式传递能量，所以相对于上方的石蜡熔化速度缓慢的多。在模型底部的石蜡没有发生相变，故无需在底部布置热电偶。

石蜡各温度测点的温度变化趋势见图3。由图可见，随着加热过程的持续，各点温度均有上升，上升速率各不相同，在开始的0～50min时A1点的升温速率最快，达到0.33℃/min，在不同径向相同距离的A1、B1和C1这3点的升温速率中，B1和C1差别不大，但随时间的延长，由于C1点周围石蜡已经熔化开始有自然对流，升温速率超过B1，而B1的升温速率一直平缓。在相同径向不同距离的点上，A1与A2两点都较快地到达了稳定温度，在后半段时间时温度曲线几乎重合，说明此时圆管正上部的温度相对均匀，C1与C2点相比前半段时间C1的升温速率较快，到后半段随着液相面积的增加，两点的升温速率持平。2.2 不同质量分数的石墨烯/石蜡蓄热实验分析

【参考文献】：
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本文编号：3522217