纳米相变微胶囊在蓄热结构化填充床中的应用模拟

作者：黄志国; 孙志高^*

来源：化工学报, 2023, 74(10): 4109-4128.

• 相变
• 纳米相变微胶囊
• 填充床
• 数值模拟
• 顺排结构
• 叉排结构
• 蓄/放热性能

利用相变材料的潜热储能，是解决可再生能源不连续问题的有效途径之一。以钛酸四丁酯（TBT）为前体，采用界面水解-缩聚法制备了纳米相变微胶囊。纳米相变微胶囊的热导率提高到原材料的215%，约为0.43 W/（m·K），相变温度为42.4℃，相变潜热达到234.7 J/g，纳米相变微胶囊强化了相变材料的传热性能蓄热，适用于太阳能热水系统。建立了三维计算模型，利用Fluent软件对填充床进行了数值模拟，研究了顺排结构（SS）和叉排结构（CS）填充床的蓄/放热性能。分析了两种结构化填充床在不同流速下，液相率、温度场和蓄/放热功率的变化情况。结果表明，随着流速的增大，SS和CS的熔化/凝固速率均加快。在相同流速下，CS比SS熔化/凝固更快。SS和CS在不同的阶段升温速率不同，与SS相比，CS的温度变化更加均匀。在较低流速（2 L/min）下，SS和CS蓄/放热持续时间较长，变化较小。在不同的流速（2、4和6 L/min）下，CS的峰值蓄热功率是SS的1.7倍～1.9倍，峰值放热功率是SS的1.8倍～2.0倍。

• 单位
  苏州科技大学; 环境科学与工程学院