學(xué)術(shù)會(huì) 李梓瑞，涂敬，胡楠，范利武浙江大學(xué)熱工與動(dòng)力系統(tǒng)，浙江省杭州市310027 :l 在高寬比為1.5和0.9的差熱方腔內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)中控制初始溫度為36oC，熱壁邊界溫度分別為47oC工況內(nèi)的試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著石墨烯納米片加載量的增加，差熱方腔中的整體傳熱效果會(huì)持續(xù)。但增大差熱方腔的高寬比會(huì)減弱上述現(xiàn)象，并在某些工況下使復(fù)合材料的熔化前期傳熱效果優(yōu)于的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)熱性能。為了改善這一問題，研究者提出了添加翅片[3]，添加金屬[4]和采以達(dá)4840~5300W/mK[7]，這使得在相變材料中添加具有高導(dǎo)熱系數(shù)的納米顆粒納米復(fù)合相變材料成為一種新興的強(qiáng)化傳熱[8]。性[11]DhaidanCuO/正十八烷納米復(fù)熔化過程已經(jīng)引起相當(dāng)多的研究關(guān)注。BeckermannViskanta通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的個(gè)區(qū)域，根據(jù)分析得出了過高的過冷度會(huì)降低熔化速率[13]。Du等人通過實(shí)驗(yàn)的方法研有別于純相變材料在矩形腔內(nèi)的熔化過程，納米復(fù)合相變材料的固-液兩相均不透Ho和GaoA2O3數(shù)和垂直熱壁的無量綱總熱流量以分析添加氧化鋁納米顆粒對矩形腔內(nèi)熔化特性削弱然對流熱整上反而傳熱且增加納顆粒也強(qiáng)了過度及15]。HoGaoAl2O3Nu數(shù)關(guān)于無量綱數(shù)組合的關(guān)聯(lián)式。然而方腔不同對該熔化傳熱過程的影響尚缺乏相應(yīng)的研究。由于特征尺寸的3次方項(xiàng)位于Gr數(shù)的分子上，所以通過改變方腔的可以迅速擴(kuò)大Gr數(shù)，也就是自然對流強(qiáng)度所的數(shù)量級。將方腔這一因素的影響考慮在內(nèi)對于驗(yàn)證1所示B×H為25mm×25mm和15mm×25mm，60mm，左右布置由銅板制成的熱壁和冷壁，其余壁面由有機(jī)玻璃制成。熱壁和冷壁外側(cè)通過由Zeng等人[16]設(shè)計(jì)和制造的加熱熔融設(shè)備維持所需的邊界溫度。金屬所有外壁面都用40mm厚的聚苯乙烯進(jìn)行絕熱防護(hù)，并后壁面留有觀察固液Fan等人[17]提過儀記錄頻率為0.1Hz如圖1所示為熱端側(cè)銅板上鉆有兩個(gè)間距2.96mm1.0mm0.2oC1實(shí)驗(yàn)采用的差熱方腔的熔化裝置示意，質(zhì)量的分散劑，經(jīng)過機(jī)械加熱攪拌和超聲振蕩出1%和3%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米復(fù)合相，2mm的氣隙，為納米復(fù)合始時(shí)，通過高溫水?。囟确€(wěn)定性為0.01oC）將熱壁溫度控制為所需的邊界溫度。熔oC本文所采用納米復(fù)合相變材料的物性數(shù)據(jù)及其測試方法在Fan等人[17]的工作中有1所示。表1.不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下納米復(fù)合相變材料的熱物性0.01.03.0固相(36液相(42液相(52cp固相(36液相(42液相(52kμ液相(42液相(52Lq由下式確定q 1所示，d1是兩個(gè)熱電偶之間的距離（2.96mm，kb是銅hmhTmh

Tm為十四醇熔化溫度，Tm37oC熱壁右端面的表面溫度（Th）通過下式估計(jì)hTh

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mmNukk為樣品液相的導(dǎo)熱系數(shù)，B為矩形腔的寬度。衡量熔化驅(qū)動(dòng)力的數(shù)Ste定義為SteCp,l(T

Cp,l為樣品液相的比熱，L為樣品液相的潛熱。衡量熔化過程中自然對流強(qiáng)度的數(shù)Gr2g(TTGr

g9.81m/s2，??為體膨脹系數(shù)，??為液相樣品的運(yùn)動(dòng)粘度。盡管熔SbThcmTcm

無量綱時(shí)間即數(shù)Fo被定義2Fo 2lp,ll

0.24小時(shí)，試驗(yàn)開始后的初始階段對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1wt%的納米復(fù)合相變材料在H/B0.9，熱壁溫度為47平均努數(shù)圖3所示不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米復(fù)合相變材料熔化過程中平均努數(shù)Nu隨無量綱Nu數(shù)發(fā)現(xiàn)，在本文所有工況內(nèi)純相變材料的整體傳熱效果均優(yōu)于石墨烯納米片復(fù)合相變材料，且隨著加載質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高會(huì)進(jìn)一步整體傳熱。聯(lián)系表1圖3納米復(fù)合相變材料在不同差熱方腔中努數(shù)隨數(shù)變化的規(guī)黏度增長影響）蓋過了對導(dǎo)熱的強(qiáng)化作用時(shí)，相變材料的整體熔化傳熱性能將會(huì)比中發(fā)現(xiàn)，1wt.%的納米復(fù)合相變材料在某階段出現(xiàn)了強(qiáng)化傳熱的效果。這是由于特征212類工況下的Gr數(shù)大小。2.不同工況下復(fù)合相變材料的Gr數(shù)0.01.03.047674767Nu及數(shù)Fo，其試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式形式如下[15]：NuaRab[Ste(1

ab -Fo=0.17?Gr=1.07×104?2.53×-Fo=0.16?Gr=1.17×103?6.05×-Fo=0.17?Gr=1.32×102?5.62×-Fo=0.17?Gr=8.32?本文主要研究以十四醇為基底添加石墨烯納米片而成的納米復(fù)合相變材料在種石墨烯米片質(zhì)分?jǐn)?shù)，理獲得努數(shù)u隨無量綱間數(shù)o化結(jié)論如下：B可以有效減小納米復(fù)合相變材料相對與于基底相變材料的傳熱本文根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果擬合得到了不同數(shù)Gr范圍內(nèi)的復(fù)合相變材料在差熱方腔內(nèi)熔化過程中努數(shù)Nu的無量綱關(guān)聯(lián)式。各關(guān)聯(lián)式對本文所有工況數(shù)據(jù)點(diǎn)的ZalbaB,JoséMaMar??n,CabezaLF,etal.Reviewonthermalenergystoragewithphasechange:materials,heattransferysisandapplications[J].AppliedThermalEngineering,2003,23(3):251-283.FanLW,KhodiJM.Thermalconductivityenhancementofphasechangematerialsforthermalenergystorage:Areview[J].Renewable&SustainableEnergyReviews,2011,15(1):24-46.FanLW,XiaoYQ,ZengY,etal.Effectsofmeltingtemperatureandthepresenceofinternalfinsontheperformanceofaphasechangematerial(PCM)-basedheatsink[J].InternationalJournalofThermalSciences,2013,70(70):114-126.FanLW,JinHQ,LiuMJ,ZhuZQ,YuZT.Apore-scalevisualizedstudyofmeltingheattransferofaparaffinwaxsaturatedinacopperfoam:Effectoftheporesize[J].InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2017,112:39-44.,朱桂花,等.金屬基復(fù)合高溫相變儲(chǔ)熱材料與性能研究[J].工程熱物理學(xué)報(bào),BerberS,KwonY,TománekD.Unusuallyhighthermalconductivityofcarbonnanotubes[J].PhysicalReviewLetters,2000,84(21):4613-4616.BalandinAA,GhoshS,BaoW,etal.Superiorthermalconductivityofsingle-layergrapheme[J].NanoLetters,2008,8(3):902.,,,黎陽,.納米ZnO/石蠟復(fù)合PCM的熱物理性質(zhì)研究[J].工程熱物理報(bào)201132(111897-DhaidanNS,Kho diJM.Meltingandconvectionofphasechangematerialsindifferentshapecontainers:Areview[J].Renewable&SustainableEnergyReviews,2015,43:449-477.,,等.方腔尺寸對封閉方腔內(nèi)多塊孤立平板自然對流換熱影響的數(shù)值分析工程熱物理學(xué)報(bào)1999,20(6):742-ZhangY,ChenZ,WangQ,etal.Meltinginanenclosurewithdiscreteheatingataconstantrate[J].ExperimentalThermal&Fluidence,1993,6(2):196-201.DhaidanNS,Kho diJM,Al-HattabTA,etal.Experimentalandnumericalinvestigationofmeltingofphasechangematerial/nanoparticlesuspensionsinasquarecontainersubjectedtoaconstantheatfluxInternationalJournalofHeat&MassTransfer,2013,66(11):672-BeckermannC,ViskantaR.Effectofsolidsubcoolingonnaturalconvectionmeltingofapuremetal[J].JournalofHeatTransfer,1989,111(2):416-424.DuY,YuanY,JiaD,etal.Experimentalinvestigationonmeltingcharacteristicsofethanolamine-waterbinarymixtureusedasPCM[J].InternationalCommunicationsinHeat&MassTransfer,2007,34(9-10):1056-HoCJ,GaoJY.AnexperimentalstudyonmeltingheattransferofparaffindispersedwithAl2O3,nanoparticlesinaverticalenclosure[J].InternationalJournalofHeat&MassTransfer,2013,62(1):2-8.ZengY,FanLW,XiaoYQ,etal.Anexperimentalinvestigationofmeltingofnanoparticle-enhancedphasechangematerials(NePCMs)inabottom-heatedverticalcylindrical[J].Internationa