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复合相变蓄热材料传热特性计算与实验研究

肖光明 杜雁霞 刘磊 魏东 杨肖峰 桂业伟

肖光明, 杜雁霞, 刘磊, 等. 复合相变蓄热材料传热特性计算与实验研究[J]. 实验流体力学, 2018, 32(5): 48-53. doi: 10.11729/syltlx20170175
引用本文: 肖光明, 杜雁霞, 刘磊, 等. 复合相变蓄热材料传热特性计算与实验研究[J]. 实验流体力学, 2018, 32(5): 48-53. doi: 10.11729/syltlx20170175
Xiao Guangming, Du Yanxia, Liu Lei, et al. Numerical simulation and experimental study on the thermal characteristics of composite phase change materials for heat storage[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2018, 32(5): 48-53. doi: 10.11729/syltlx20170175
Citation: Xiao Guangming, Du Yanxia, Liu Lei, et al. Numerical simulation and experimental study on the thermal characteristics of composite phase change materials for heat storage[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2018, 32(5): 48-53. doi: 10.11729/syltlx20170175

复合相变蓄热材料传热特性计算与实验研究

doi: 10.11729/syltlx20170175
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11472295

国家自然科学基金项目 11672322

详细信息
    作者简介:

    肖光明(1986-), 男, 江西吉安人, 博士研究生, 助理研究员。研究方向:飞行器热控制与热管理。通信地址:四川省绵阳市二环路南段6号13信箱(621000)。E-mail:cardc_xzm@163.com

    通讯作者:

    杜雁霞, E-mail: yanxiadu@163.com

  • 中图分类号: V259

Numerical simulation and experimental study on the thermal characteristics of composite phase change materials for heat storage

  • 摘要: 复合相变材料(PCM)作为一种固/液相变材料与多孔高导热泡沫等材料复合而成的新型材料体系,具有潜热大和热导率高等优异性能。因此,基于复合相变材料的蓄热装置成为新一代飞行器热管理技术的研究热点。以碳化硅(SiC)泡沫填充石蜡类相变材料为研究对象,采用有限容积法与等效热容法相结合的方法,建立了考虑材料细观与宏观传热特性的复合相变材料传热特性数值预测方法,搭建了实验平台并开展了材料传热特性的实验研究,验证了计算模型与方法的有效性。相关方法可为材料孔隙率、微结构等特征对复合相变材料传热特性的影响规律研究以及材料蓄热性能的优化提供参考。
  • 图  1  电镜扫描下的复合相变材料微结构

    Figure  1.  Micrograph of composite PCM by SEM test

    图  2  复合相变材料单胞体模型

    Figure  2.  Unit-cell model of composite PCM

    图  3  复合相变材料RVE热响应特性

    Figure  3.  Thermal response of RVE of composite PCM

    图  4  RVE传热特性比较

    Figure  4.  Thermal characteristic comparisons of RVE

    图  5  复合相变材料多胞结构的热响应特性

    Figure  5.  Thermal response of multi-cells of composite PCM

    图  6  复合相变材料与纯相变材料多胞结构热特性的比较

    Figure  6.  Thermal characteristic comparisons of multi-cell of composite PCM and pure PCM

    图  7  复合相变材料传热特性研究实验装置示意图

    Figure  7.  Experimental setup for heat transfer test of composite PCM

    图  8  复合相变材料熔化过程的红外热成像图(单位:℃)

    Figure  8.  Experimental temperature contours at various time by thermal imager (unit: ℃)

    图  9  复合相变材料固/液界面随时间变化情况

    Figure  9.  The liquid/solid fraction of composite PCM

    图  10  数值计算与实验结果比较

    Figure  10.  The comparison of the experimental and simulated results

    表  1  复合相变材料热物性参数

    Table  1.   Thermophysical parameters of SiC foam/n-docosane

    物性 密度
    /(kg·m-3)
    比热
    /kJ·(kg·K)-1
    热导率
    /W·(m·K)-1
    相变温度
    /K
    潜热
    /(kJ·kg-1)
    SiC 3200 0.75 200 —— ——
    PCM 790 0.65 0.3 316 252
    下载: 导出CSV
  • [1] Yendler B, Poffenbarger N. A new approach for thermal protection system of a probe during entry[C]//Proc of the 2nd International Planetary Probe Conference. 2004.
    [2] Fukai J, Hamada Y, Morozumi Y, et al. Effect of carbon fiber brushes on conductive heat transfer in phase change materials[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2002, 45(24):4781-4792. doi: 10.1016/S0017-9310(02)00179-5
    [3] Elgafy A, Lafdi K, Mesalhy O. Carbon nanofibers in passive cooling[C]//Proc of the International conference of carbon. 2004.
    [4] Wirtz R, Shuo P, Fuchs A. A polymer-based thermal energy storage composite for temperature control of sensors and electronics[C]//Proc of the 6th ASME-JSME thermal engineering joint conference. 2003.
    [5] Osama M, Khalid L, Ahmed E. Carbon foam matrices satura-ted with PCM for thermal protection purposes[J]. Carbon, 2006, 44(10):2080-2088. doi: 10.1016/j.carbon.2005.12.019
    [6] Patricio A, Espinoza V, Chris D. Carbon foam filled with phase change materials for passive temperature management[C]. Proc of the COMSOL Multiphysics User's Conference. 2005.
    [7] Jankovsky R S, Smith T D. High-area-ratio rocket nozzle at high combustion chamber pressure-experimental and analytical validation[R]. NASA TP-1999-208522, 1999.
    [8] Alawadhi E M, Amon C H. PCM thermal control unit for por-table electronic devices:experimental and numerical studies[J]. IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, 2003, 26(1):116-125. doi: 10.1109/TCAPT.2003.811480
    [9] Yoo D, Joshi Y K. Energy efficient thermal management of electronic components using solid-liquid phase change materials[J]. IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 2005, 4(4):641-649. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=CC026339706
    [10] Lafdi K, Mesalhy O, Elyafy A. Graphite foams infiltrated with phase change materials as alternative materials for space and terrestrial thermal energy storage applications[J]. Carbon, 2008, 46(1):159-168. doi: 10.1016/j.carbon.2007.11.003
    [11] Zhao C Y, Lu W, Tian Y. Heat transfer enhancement for thermal energy storage using metal foams embedded within phase change materials(PCMs)[J]. Solar Energy, 2010, 84(8):1402-1412. doi: 10.1016/j.solener.2010.04.022
    [12] Hu X, Patnaik S S. Numerical simulations of cyclic melting and freezing of phase change material in micro-foam[C]//Proc of the 43rd AIAA Thermophysics Conference. 2012.
    [13] Versteeg H K, Malalasekera W. An introduction to computational fluid dynamics:the finite volume method[M].北京:世界图书出版社公司, 1995.
    [14] Teschl G. Ordinary differential equations and dynamical systems[M]. Providence:American Mathematical Society, 2012.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-22
  • 修回日期:  2018-01-26
  • 刊出日期:  2018-10-25

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    2021年8月13日