毕业论文课题相关文献综述

1.背景意义

随着经济的快速发展，能源问题和环境问题日益突出，能源的高效利用已成为我国可持续发展的重要部分。相变材料是指在相变温度附近发生相变，并能够吸收和释放大量能量的材料。利用相变材料来协调热能供求在时间和空间上的不匹配是经济可行的办法，因而能够广泛应用于能量储存和温度控制领域[1]。因为固液相变材料在相变过程前后存在体积的变化及液体的渗透等缺点，所以利用微胶囊技术将具有合适相变温度的相变材料包裹到微胶囊内部制备成蓄热调温胶囊成为近年来研究的热点[2,3]。微胶囊技术是将微量物质包裹在聚合物薄膜中的技术，是一种储存固体、液体、气体的微型包装技术。具体来说是指将某一目的物（芯或内相）用各种天然的或合成的高分子化合物连续薄膜（壁或外相）完全包覆起来，依靠囊壁的屏蔽作用起到保护芯材的作用。由于相变材料微胶囊在相变过程中可以吸收或者释放大量的相变潜热，流体的储热密度和对流换热能力得到明显提高[4]。

在太阳能利用、电力移峰填谷、废热回收利用及建筑与空调的节能中，相变蓄能技术已得到广泛的应用，如冰蓄冷。但冰蓄冷要求相变温度在0℃以下，因此对冷源的制冷温度要求较严格，而且固态的冰严重限制了传热速率，造成蓄冷装置体积庞大。假如由同一种材料来承担储能和传热，并且这种材料兼有强化传热的效果，这就能使储能系统的性能向前跨进一大步。微胶囊相变悬浮液及其相关强化传热机理研究就是在这种背景下提出的。微胶囊相变悬浮液是指将内包相变材料的微胶囊与载流体混合，且具有相变储能材料和热输运介质特性的固液两相混合物。相变材料为正Ⅲf四烷的微胶囊，其理沦相变温度为5.9℃，与空调系统的需求完全匹配，f=l在相变前后微胶囊相变悬浮液都能保持流动状态，避免了冰蓄冷单纯依靠冰层传热的弱点，也为强化蓄冷介质与载冷剂问的传热创造了良好的条件.

2.国内外研究状况

1991年，P．Charunyakorn等人[5]通过数值计算对圆管内含有微胶囊的混合流体的传热特性进行分析，数值计算表明含有微胶囊的混合流体的表面传热系数是单相流体(水)的2～4倍。1994年，M．Goel等人[6]通过实验研究了一种由水和微胶囊化的二十烷组成的微胶囊相变悬浮液，得出了与单相流体相比，微胶囊相变悬浮液在相同无量纲参数下可降低壁面温升近50％的结论。2004年，H．Inaba等人[7]对含有两种不同微胶囊的混合流体的流动及传热特性进行了实验研究，结果表明，采用该混合流体时的平均表面传热系数是采用单相流体时的2．0～2．8倍。

目前，除了曾经对相变乳状液和纳米金属微粒乳状液(非相变材料)做过对流传热实验并公布了实验数据外，国内尚没有公布过关于微胶囊相变悬浮液的对流传热实验数据，只有一些数值计算和性能预测分析结果。国外文献中这方面的实验数据也相对较少，更多也是公布数值计算和性能预测分析结果。[8]

2.1相变悬浮液的热力学性能

当相变材料发生相变时，它就要吸收或放出热量。从微胶囊相变悬浮液本身出发，这种吸放热所造成的效果一方面可以等效于流体内分布的内热汇或内热源，另一方面可以等效于表观比热容的强烈非线性变化。对于微胶囊相变悬浮液来讲，强化传热的机理主要有2个方面：相变材料的相变等效于微胶囊相变悬浮液表观比热容的增大和微胶囊与载流体之间的微对流效应使有效热导率增大。这二者都改变了微胶囊相变悬浮液内部的温度分布，从而强化了传热。微胶囊相变悬浮液的Nu,远远大于水的Nu。通过实验，具体结论如下：

1.微胶囊体积分数同为10％ 的微胶囊相变悬浮液的Nu，随着Re变化而变化，Re越大，Nu就越大。虽然Re对传热强度的影响不是很显著，但其影响作用不能被忽略。相同Re下微胶囊相变悬浮液的Nu约是水的2.5倍，使用微胶囊相变悬浮液大大加强了管内传热强度。

2.当微胶囊体积分数增大时，Nu也随之增大。微胶囊体积分数为15％时微胶囊相变悬浮液的Nu约是水的3.0倍。因此微胶囊体积分数越大，传热强度越大。微胶囊体积分数的增加导致了微胶囊相变悬浮液表观比热容的加大，而且微胶囊数量的增加更有利于增强微对流效应，二者的综合作用强化了传热，因此微胶囊体积分数是影响微胶囊相变悬浮液传热的重要因素。

3.当微胶囊相变悬浮液的比定压热容C、管道半径R、微胶囊的潜热r、微胶囊相变悬浮液的热导率及微胶囊的体积分数为定值时，影响斯蒂芬数Ste的因素就只有壁面处热流密度q。对微胶囊体积分数同为10％的微胶囊相变悬浮液，Ste不同(即微胶囊体积分数不变，壁面处热流密度不同)时， 曲线几乎重合，无明显差别。可见，Ste对于强化微胶囊相变悬浮液的传热并不显著。2.2研究的不足