石墨泡沫/共晶盐复合相变材料制备及等效导热系数研究
能源短缺已经成为严重影响人们生活和制约社会可持续发展的重大问题。在众多的可再生能源中，太阳能是一种可再生的、清洁的、接近无限的新能源。聚焦式太阳能热发电（ConcentratingSolarPower，简称CSP），成为除风能外最有前途的一种发电方式。由于太阳能供应不稳定，需要采用储能系统以保证热发电系统稳定运行，但用于储能系统的相变材料(PhaseChangeMaterial-PCM)通常导热系数比较小，影响系统的蓄放热速率，所以必须采取有效措施提高PCM的有效传热速率。 论文采用实验与数值模拟的方法，首先制备出石墨泡沫/共晶盐复合相变蓄热材料;接下来采用数值模拟方法对复合相变材料的等效导热系数(Effectivethermalconductivity-ke)进行稳态及瞬态分析。本文主要研究内容和结论如下: 1、首先制备了石墨泡沫/共晶盐复合相变材料并对其进行了热物性测试。结果显示:复合前后共晶盐的熔点和潜热没有发生变化，复合相变材料等效导热系数很高，传热性能优良且储能密度较高，满足高温蓄热的要求; 2、建立两种模型来表征复合相变材料复杂的内部结构，分别为体心立方单元模型(BCC)与面心立方单元模型(FCC)，BCC模型与实验测试数据吻合较好，因此在接下来的数值模拟过程中选用BCC模型; 3、不考虑PCM的熔化过程，液态PCM自然对流对ke的影响可以忽略;拟合得到了ke与孔隙度的关系式;改变模型的孔径对整体ke没有影响;接下来分析FCC与BCC两种模型ke产生差异的原因;石墨泡沫骨架的导热系数决定了复合相变材料的ke值;各个孔隙度下ke随着特征温度的升高而呈下降趋势;孔隙度为0.75时拟合得到了ke与特征温度的关系式:ke=51.33-0.11×T+(1.072E-4)×T2-(4.6E-8)×T3; 4、PCM处于熔化过程，可忽略熔融态PCM自然对流的影响;得到模型孔隙度0.8的熔化过程ke变化曲线;综合对比了0.6-0.9七个不同孔隙度模型的ke变化曲线，表明在熔化过程中孔隙度小的模型热量传递快，传热性能优良;孔隙度为0.8时，小孔径的模型较大孔径的熔化时间缩短了21％，表明相同孔隙度下孔径小的模型传热性能更佳; 5、为了平衡传热速率与复合相变材料储能能力这一对矛盾，定义了平均等效导热系数，使用这一参数与总能量确定了复合相变材料的平衡孔隙度为0.738。
石墨泡沫;共晶盐;复合相变材料;等效导热系数;数值模拟
郑州大学
硕士
热能工程
郭茶秀
2014
中文
TB332;TB346
86
2014-09-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）