相變儲(chǔ)熱材料
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
相變儲(chǔ)熱材料的視頻教程
414-基于相變材料回填并考慮地下水滲流影響的U形地埋管換熱器仿真
備注：模型參數(shù)同404案例。 模型圖 仿真工況 入口條件：流體速度0.6m/s，velocity inlet，水溫36℃，直徑26mm。 土壤原始溫度：16℃。 計(jì)算域外圍和底部設(shè)為初溫16℃，計(jì)算域頂部設(shè)為絕熱邊界。 網(wǎng)格圖 說(shuō)明：實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，以便選取合適的網(wǎng)格數(shù)量（兼顧計(jì)算速度和計(jì)算質(zhì)量）。 因此處字?jǐn)?shù)限制，未展示全部更為詳細(xì)的結(jié)果及工況介紹等內(nèi)容
￥549 5小時(shí)3分鐘 20播放
查看
相變儲(chǔ)熱材料的實(shí)例教程
本研究探討了鋁硅合金用作高溫相變儲(chǔ)熱材料的循環(huán)穩(wěn)定性，觀測(cè)了不同循環(huán)次數(shù)下微觀組織形貌的變化，得到了儲(chǔ)熱與傳熱性能的演變機(jī)制；揭示了熔融鋁硅合金與工程陶瓷材料的高溫腐蝕機(jī)理，找到了以Al2O3、AlN和SiC為代表的安全封裝材料。該研究成果為以鋁硅合金為基礎(chǔ)的儲(chǔ)熱單元封裝及其在太陽(yáng)能熱發(fā)電、高溫余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。
圖2 鋁硅合金相變材料的制備與可靠性研究：(a) 多次循環(huán)后的組織
形貌
；(b) 多次循環(huán)后的熱物性參數(shù)；(c) 高溫腐蝕性測(cè)試
三、相變儲(chǔ)熱單元傳熱儲(chǔ)熱特性及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究
盡管金屬是性能優(yōu)異的相變材料，但基于經(jīng)濟(jì)成本、可靠性和應(yīng)用場(chǎng)景等因素考量，有機(jī)物及無(wú)機(jī)鹽依舊是目前普遍使用的相變材料，而裝置層面的傳熱優(yōu)化也是克服有機(jī)物及無(wú)機(jī)鹽相變材料低導(dǎo)熱系數(shù)短板的途徑之一。
（1）管殼式相變儲(chǔ)熱單元傳熱結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化研究
肋片與流道等傳熱結(jié)構(gòu)在性能穩(wěn)定性、制造可行性、技術(shù)成熟性和經(jīng)濟(jì)性等方面具備明顯優(yōu)勢(shì)，非常適用于相變儲(chǔ)熱單元的傳熱強(qiáng)化，但其結(jié)構(gòu)優(yōu)化多半依靠工程經(jīng)驗(yàn)，缺乏明確的理論指導(dǎo)，難以實(shí)現(xiàn)傳熱效果最優(yōu)化。本研究基于拓?fù)鋬?yōu)化理論構(gòu)建了二維相變儲(chǔ)熱單元肋片模型，研究了數(shù)值參數(shù)與最佳肋片構(gòu)型的關(guān)聯(lián)機(jī)制，得到了熔化過(guò)程自然對(duì)流對(duì)最佳肋片構(gòu)型的影響，驗(yàn)證了優(yōu)化后的肋片在傳熱過(guò)程中的優(yōu)越性；基于拓?fù)鋬?yōu)化理論建立了二維相變儲(chǔ)熱單元流道模型，討論了傳熱/流動(dòng)權(quán)重系數(shù)對(duì)流道結(jié)構(gòu)的作用機(jī)制，探究了優(yōu)化流道結(jié)構(gòu)的傳熱與流動(dòng)特性，證實(shí)了拓?fù)鋬?yōu)化對(duì)流道設(shè)計(jì)的可靠性。該研究成果可實(shí)現(xiàn)明確優(yōu)化目標(biāo)下肋片和流道結(jié)構(gòu)的高自由度優(yōu)化，并與以3D打印為代表的先進(jìn)加工與快速成型技術(shù)有機(jī)結(jié)合，具有一定的理論先進(jìn)性和切實(shí)的技術(shù)可行性。
展開(kāi) 目前，可以通過(guò)多種方法實(shí)現(xiàn)具有熱管理特性的紡織品，例如外部空氣/液體冷卻，引入導(dǎo)熱填料以增強(qiáng)熱擴(kuò)散，或加入相變材料（PCM）。在這些方法中，基于PCM的紡織品引起了研究人員的極大興趣，PCM是先進(jìn)的儲(chǔ)能材料，其儲(chǔ)能過(guò)程基于相變。PCM主要包括聚合物（聚乙二醇等）、有機(jī)小分子（石蠟、多元醇等）和無(wú)機(jī)小分子（水合鹽等）有機(jī)固液相變材料（以石蠟為代表）具有潛熱值高、相變溫度適宜、毒性低、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在個(gè)人熱管理中得到了廣泛的研究。
然而，有機(jī)固液PCM的泄漏和強(qiáng)剛性可能導(dǎo)致儲(chǔ)能密度降低和對(duì)環(huán)境的破壞。目前，主要解決方案是選擇合適的支撐支架，如彈性體和多孔材料。由于多孔材料、泡沫金屬、碳材料的剛性較強(qiáng)，PCM在實(shí)際應(yīng)用中容易產(chǎn)生脆性和較大的接觸電阻，導(dǎo)致熱管理效率低下。然而，熱管理溫度范圍有限，剛性強(qiáng)，缺乏有效的可視化熱管理方法，阻礙了其廣泛應(yīng)用。因此開(kāi)發(fā)多功能相變材料用于人體熱管理，對(duì)提高人體舒適度具有重要意義。
02
成果掠影
通過(guò)采用彈性體封裝PCM有助于制備儲(chǔ)能密度穩(wěn)定、環(huán)境友好的柔性PCM是有效的解決方案。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一種具有彈性好、成本低、無(wú)毒、不易燃、生物相容性好等特點(diǎn)的有機(jī)硅材料。
該材料目前已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)適用于智能人體管理，而且選擇空心PDMS管封裝PCM制備柔性相變纖維(PCF)是一個(gè)有效的方法。近期，西南交大的王勇教授和祁曉東教授團(tuán)隊(duì)合作在個(gè)人舒適熱管理方面取得新成果。團(tuán)隊(duì)采用真空注射法將石蠟(PW)、壬烷(NO)、熱致變色劑(TA)共混的相變混合物包封在聚二甲基硅氧烷(PDMS)空心管中制備柔性相變纖維(PCFs)。PW/NO/PDMS PCFs具有31.9℃和62.0℃左右的雙相變溫度區(qū)，拓寬了熱管理溫度范圍。
展開(kāi) 來(lái)源 | Small
01
背景介紹
相變材料具有儲(chǔ)存和釋放潛熱的功能，在熱管理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)的相變材料只能一次性釋放完畢所有存儲(chǔ)的能量，而不能像電化學(xué)電池一樣能夠按需啟動(dòng)和停止能量釋放能量，從而造成了極大的不方便和能源浪費(fèi)。在這種情況下，迫切需要能夠按需啟動(dòng)和停止能量釋放的間歇性放熱相變材料，以滿足不同應(yīng)用的不同需求。
02
成果掠影
針對(duì)以上問(wèn)題，東北林業(yè)大學(xué)材料學(xué)院王成毓教授和楊海月教授團(tuán)隊(duì)提出了一種間歇性放熱的水合鹽相變材料：將熔融的三水合乙酸鈉與丙烯酸(AA)/丙烯酰胺(AM)聚合物前體整合，然后熱引發(fā)聚合形成鹽凝膠。由于高能量勢(shì)壘，過(guò)飽和鹽溶液難以成核;因此，它可以長(zhǎng)時(shí)間保持過(guò)冷態(tài)并儲(chǔ)存能量。與種子或其他異物接觸會(huì)破壞過(guò)飽和鹽溶液的亞穩(wěn)態(tài)，促進(jìn)形成晶核和結(jié)晶。用沾水的剪刀可以中止結(jié)晶放熱。此外， Fe3+通過(guò)金屬配位鍵誘導(dǎo)強(qiáng)動(dòng)態(tài)可逆非共價(jià)交聯(lián)從而賦予鹽凝膠良好的自愈合性能使其可回收并延長(zhǎng)使用壽命。該研究以“Intermittent Exothermic and Self-Healing Hydrated Salt Gels for Advanced Thermal Management of Underfloor Radiant Heating System”為題發(fā)表于《Small》。
03
圖文解讀
圖1說(shuō)明在過(guò)冷態(tài)和結(jié)晶態(tài)之間存在一個(gè)高的成核能壘，兩種狀態(tài)都處于能量最小值。這種能量勢(shì)壘可以通過(guò)誘導(dǎo)二次成核(例如，通過(guò)觸摸晶種或異物)來(lái)克服。
展開(kāi) 電池熱管理系統(tǒng)分為有源 TMS、無(wú)源 TMS 和混合 TMS。被動(dòng)熱管理系統(tǒng)，如熱管或受益于相變材料 (PCM) 的系統(tǒng)，可以在不消耗任何能量的情況下控制電池溫度。然而，它們的冷卻能力有限，這意味著它們的可靠性不能滿足汽車傳熱工程師的要求。另一方面，利用主動(dòng)式 TMS 可以達(dá)到更大的冷卻能力，但要達(dá)到這一目的，需要消耗大量能量。此外，創(chuàng)建均勻的溫度分布被認(rèn)為是對(duì)這些 TMS 的大膽挑戰(zhàn)。在混合動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)中，結(jié)合了主動(dòng)和被動(dòng)TMS的優(yōu)點(diǎn)，并試圖盡可能地由另一方的角色來(lái)彌補(bǔ)缺點(diǎn)，然而，當(dāng)前對(duì)這種電池熱管理系統(tǒng)的研究很少。
02
成果掠影
近期，伊朗科技大學(xué)汽車工程學(xué)院G.R. Molaeimanesh團(tuán)隊(duì)研究出一種混合動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)（BTMS），基于相變材料的主動(dòng)熱管理系統(tǒng)（TMS）和被動(dòng)TMS的組合(PCM) 將電池溫度保持在合適的范圍內(nèi)，同時(shí)與被動(dòng) TMS 相比具有更好的冷卻效果，并且使用比主動(dòng) TMS 更少的能量。在整個(gè)研究中，該團(tuán)隊(duì)對(duì)具有三種不同冷卻管道結(jié)構(gòu)和三種不同冷氣流壓力差的九個(gè)案例進(jìn)行了模擬和研究。結(jié)果表明，即使在最壞的情況下，溫度的升高也是安全的、可接受的，并且對(duì)于熱管理考慮來(lái)說(shuō)足夠平穩(wěn)。電池的最高溫度從未超過(guò) 314 K，顯示出所提出的混合 BTMS 的完美能力。此外，人們可以注意到入口空氣越強(qiáng)大流或通過(guò) PCM 體積的冷卻管道越長(zhǎng)，電池表面溫度越低。此外，在所有模擬情況下，電池模塊內(nèi)電池的最大溫差不超過(guò) 1.6 °C，證明了所提出的混合 BTMS 在電池組內(nèi)創(chuàng)造均勻溫度分布方面的出色能力。另一方面，可以得出結(jié)論，入口氣流越強(qiáng)大或通過(guò) PCM 體積的冷卻管道長(zhǎng)度越長(zhǎng)，觀察到的最大溫度梯度就越大。
展開(kāi) 熱導(dǎo)率是材料的基本物理屬性之一，在很多領(lǐng)域起著重要甚至決定性的作用。具有高熱導(dǎo)率的材料常在散熱方面用途廣泛，而具有低熱導(dǎo)率的材料則主要應(yīng)用于隔熱領(lǐng)域。熱導(dǎo)率的定義以及測(cè)量均需要絕熱條件，即材料和環(huán)境之間無(wú)能量交換，熱量只能沿著材料從高溫傳導(dǎo)至低溫。目前材料熱導(dǎo)率的測(cè)試技術(shù)已相當(dāng)成熟，特別針對(duì)塊體材料，熱導(dǎo)率相關(guān)參數(shù)的測(cè)量均已有國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以及成熟的商用儀器。
相變是很多材料具有的一項(xiàng)特性。相變材料在固態(tài)存儲(chǔ)、光電開(kāi)關(guān)、能量轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。眾所周知，發(fā)生相變時(shí)，材料和環(huán)境之間存在顯著的能量交換，會(huì)與熱量的傳遞強(qiáng)烈耦合。因此，材料相變過(guò)程中熱導(dǎo)率的理解和測(cè)量顯然不同于絕熱條件下的情形，是一個(gè)未知而又非常基礎(chǔ)和重要的科學(xué)問(wèn)題。對(duì)該問(wèn)題的研究有望帶給人們新的認(rèn)識(shí)并推動(dòng)相關(guān)的應(yīng)用。
特別在現(xiàn)階段，針對(duì)材料相變過(guò)程中的熱導(dǎo)率，出現(xiàn)了很多不一致甚至完全相對(duì)立的理解和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。例如，Cu2S、Ag2S等具有一級(jí)相變，其電性能在相變時(shí)不存在拐點(diǎn)，很平滑地從低溫相變化至高溫相，但它們的熱導(dǎo)率卻出現(xiàn)了反常的拐點(diǎn)，在相變時(shí)低于低溫相和高溫相的數(shù)值；即使對(duì)具有二級(jí)相變的Cu2Se，采用直接測(cè)量的熱容值和杜隆珀替Dulong-Petit理論熱容值分別計(jì)算得到的熱導(dǎo)率，在相變區(qū)域具有截然相反的變化趨勢(shì)。
展開(kāi) 
相變儲(chǔ)熱材料的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
相變儲(chǔ)熱材料的最新內(nèi)容
來(lái)源 | Journal of Energy Chemistry
01
背景介紹
隨著電子設(shè)備小型化和集成化的蓬勃發(fā)展，用于高級(jí)計(jì)算的微處理器的功率密度急劇增加。電子設(shè)備產(chǎn)生的大量熱量積聚在設(shè)備內(nèi)部，例如集成電路。過(guò)熱引起的溫度升高會(huì)限制電子設(shè)備的工作適應(yīng)性，導(dǎo)致頻繁的故障甚至自燃。因此，開(kāi)發(fā)提高散熱效率的熱管理材料具有重要的意義。
相變材料
來(lái)源 | Nature Communications
01
背景介紹
相變材料(PCMs)是一系列具有優(yōu)異能量存儲(chǔ)能力的材料，能夠在接近恒定的溫度下存儲(chǔ)/釋放大量潛熱，使其在熱管理技術(shù)創(chuàng)新中發(fā)揮不可或缺的作用。同時(shí)在應(yīng)對(duì)環(huán)境污染和能源危機(jī)方面具有相當(dāng)大的潛力。目前，有機(jī)固液PCMs(如石蠟、脂肪酸)因其穩(wěn)定的理化性質(zhì)、低腐蝕性和天然成本優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注
來(lái)源 | Small
01
背景介紹
電池是可再生能源生態(tài)系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛、最關(guān)鍵的儲(chǔ)能單元。不斷提高能量密度和充電速率的情況下，在一定程度上給電池帶來(lái)了動(dòng)力的同時(shí)，也帶來(lái)了安全問(wèn)題，降低了電池的使用可靠性。熱失控是導(dǎo)致電池安全問(wèn)題的主要因素之一。通常源于充放電過(guò)程中嚴(yán)重的熱量積累，劇烈的熱量產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致鋰電池功能異常甚至爆炸。因此，能夠提供良好的耐熱和機(jī)械性能的先進(jìn)材料對(duì)于可靠的電池安全管理非常重要
來(lái)源 | Small
01
背景介紹
相變材料具有儲(chǔ)存和釋放潛熱的功能，在熱管理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)的相變材料只能一次性釋放完畢所有存儲(chǔ)的能量，而不能像電化學(xué)電池一樣能夠按需啟動(dòng)和停止能量釋放能量，從而造成了極大的不方便和能源浪費(fèi)。在這種情況下，迫切需要能夠按需啟動(dòng)和停止能量釋放的間歇性放熱相變材料
來(lái)源 | Journal of Energy Storage
原文 | https://doi.org/10.1016/j.est.2023.108566
01
背景介紹
為實(shí)現(xiàn)我國(guó)2030年二氧化碳排放達(dá)峰和2060年碳中和的目標(biāo)，包括電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車在內(nèi)的可再生能源汽車近年來(lái)得到快速發(fā)展
具有高焓值的有機(jī)相變材料（PCM）是理想的儲(chǔ)熱和放熱材料，有望促進(jìn)熱能利用，緩解能源短缺問(wèn)題。然而，普通有機(jī)相變材料固有的吸光性差、導(dǎo)熱性差、形狀穩(wěn)定性弱等缺點(diǎn)嚴(yán)重制約了太陽(yáng)能的吸收、轉(zhuǎn)化和利用。近日，北京化工大學(xué)李曉鋒教授、于中振教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)在 2800 °C 下進(jìn)行單向冷凍、凍干、碳化和石墨化，首次設(shè)計(jì)出了由預(yù)氧化聚丙烯腈（OPAN）/氧化石墨烯（GO
來(lái)源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
隨著工業(yè)的發(fā)展，節(jié)能減排的要求越來(lái)越高。在所有可能的探索中，熱能存儲(chǔ)（TES）為緩解能源供需失衡提供了一種充分且便捷的方式。因此，TES越來(lái)越受到人們的關(guān)注。相變材料 (PCM) 是 TES 的重要候選材料，因?yàn)樗谙嘧冞^(guò)程中具有高潛熱和窄的溫度波動(dòng)
來(lái)源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
解決世界能源問(wèn)題和減緩全球變暖需要?jiǎng)?chuàng)新的傳熱技術(shù)。通過(guò)利用傳熱領(lǐng)域的最新進(jìn)展，可以開(kāi)發(fā)出提高能源效率、高效利用清潔能源、減少環(huán)境污染和碳排放的創(chuàng)新解決方案。
新型傳熱技術(shù)的開(kāi)發(fā)和實(shí)施對(duì)于應(yīng)對(duì)全球能源和環(huán)境挑戰(zhàn)以及確保電子元件的可靠運(yùn)行至關(guān)重要
來(lái)源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
隨著電動(dòng)汽車（EV）和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）的發(fā)展，鋰離子電池因其高容量、高電壓、高能量密度和低自放電率而受到廣泛關(guān)注。然而，動(dòng)力鋰電池組在行駛過(guò)程中總會(huì)產(chǎn)生不同程度的熱量。如果鋰離子電池產(chǎn)生的熱量沒(méi)有及時(shí)散發(fā)
來(lái)源 |
Journal of Energy Storage
01
背景介紹
鋰離子電池在電壓、能量密度、自放電率和循環(huán)壽命方面與其他儲(chǔ)能電池相比具有不可替代的地位，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能系統(tǒng)中。隨著電池材料和結(jié)構(gòu)的發(fā)展，鋰離子電池的能量密度也在不斷提高。隨著電池能量密度的不斷提高，對(duì)電池的熱安全性提出了更高的要求
