纳米颗粒增强相变材料与其热储能性能提高潜力

纳米颗粒增强相变材料与其热储能性能提高潜力

一．摘要

据悉通过加入分散的纳米粒子的相变材料（PCM）能改进功能。由此产生的纳米增强相变材料（PCM）的表现出比基料更强的导热性能。从稳态自然对流，在不同加热方腔，其中包含纳米流体（水，加上铜纳米粒子），纳米流体被允许接受凝固。部分原因是由于热导率和增加也降低了熔化潜热，较高的热释放NEPCM率与传统的PCM 被发现。预测增加的热释放速率的NEPCM明确的指标是其巨大的潜力，为不同热储能应用。

二介绍

利用自然发生或制备纳米微粒（直径小于50纳米）的承诺开辟大量材料合成的新的技术革新的机会，生物技术，深空勘察，设计的微流体装置，排放控制和能源效率等。曾报告增强热传导性的超细（纳米）颗粒分散在液体中。此后不久，第一个硬币的“纳米流体”是这种流体具有卓越的热性能的新品类。另一个机会一直被忽视，是制备纳米材料的热性能的开发，剪裁通过分散发展的功能测试纳米粒子增强相变材料（NEPCM）纳米粒子。在这种沟通中，正在进行的计算/实验研究的早期结果，突出NEPCM热能存储应用优势。

三问题陈述

在两个独立但相关的阶段进行了分析，首先，稳态在浮力驱动的对流差异加热腔含有纳米流体被研究，与最近Khanafer等工作非常相

似，考虑差异过热绝热的顶部和底部的墙壁方腔（侧H），而左边和右边的墙壁都保持在恒定的温度，TH和TC（TH

2.2。纳米流体的浮力驱动的对流

以较低的腔左上角是坐标系的原点，gx=0 and gy=−g.上述关系与Khanafer等工作是相同的。通过我们的研究结果与他们的比较，从而使我们能够基准你的计算机代码。特别是纳米流体的颗粒是实心铜纳米粒(dp=10 nm)作为基液悬浮在水中。两墙的温差是10℃

(TH=283.15 and TC=273.15 K).相关物理性质在表一中列出，取自Khanafer等。边界条件如下：

2.3。冻结的NEPCM的建模

从时间t=0开始，既活跃的左边和右边的墙壁的温度降低了相同数额，冷右墙是10°C以下的基液的冻结温度。结果，纳米流体在右边的墙上开始冻结并且固体从前往左边移动。比较的条件之前，T = 0，其余边界条件不变。

2.4。计算方法

为解决利用内的商业代码FLUENT的6.2.16版本的简单方法方程。对

于所有的案件报道都在这里，均匀网格间距为X和Y方向都被利用。为结合颞衍生工具的时间步骤被设置为1。，用于快速差分计划解决动量和能量方程，这里的魄力计划通过压力校正方程。下松弛的速度分量的因素，压力校正，热能和液体分数为0.5，0.3，1和0.9。为了满足收敛准则（10-7连续性和势头，并为热能10-9），每一个时间步迭代的数目是400和700之间。单域焓孔隙对待不同阶段的配方，利用多孔介质。实际上，达西阻尼方程被添加到动量方程，纳米流体的体积分数在某一点等于流体相，而它形成后冻结为零。糊状区常数（A）被设立为105 kg/m3s。明智的焓和熔化潜热材料的焓组成。潜热被估计计算：

是解放的比例来定义，使用杠杆之间的液相和规则的纳米流体的体积分数固相线温度。这些技术的理论细节可以在别处找到。

3。标杆模型

熔体随时间变化的进程就像布伦特等报告的那样。Gaur 和Viskanta测量的数据与现存的电脑数据相比较，考虑熔化矩形外壳用绝缘的顶部和底部的墙壁中包含了坚实的物质，三种方法之间的定性趋势是一致的，而目前的计算表明一个由在上半腔不平的熔点比下半部表现出对自然对流更大的作用。

Khanafer最近的工作结果目前被用作有不同差异的加热方腔的计算标准。目前研究81×81的网格系统与预测研究的方腔中平面垂直的水平速度分量与图2Gr=104和105作比较。无论纳米粒子的体积分

数，横墙附近水平流体速度呈现有效的加速流动趋势。不同纯流体（零体积分数）的浮力驱动对流比较，都有比较好的格拉雪夫数。根据Khanafer ，在两个墙之间无量纲速度与逆温差相关。结果，GR =105量纲速度低于以相应的GR= 104的情况。对于一个固定的格拉雪夫数，随着纳米粒子负载的增加，“不规则的和随机”（Khanafer等）纳米粒子的运动，促进更大的动量和能量运输整个腔。因此，由于分散额外的导热增强。它应当在Khanafer研究中被指出。使用基液的普朗特和格拉雪夫数都被评估。在我们的工作中，使用特定的纳米流体的性质的一些无量纲集团都被评价。实际上，它似乎与我们的预测和khanafer等研究之间存在的差异。对于非零固相体积分数。鉴于用于形成无量纲集团不同的缩放参数，读者不应该对此事感到震惊。

4。NEPCM的冻结

改进功能增强纳米相变材料（PCM）与基液相比是这种沟通的核心。在不同的加热平方腔，加以水铜纳米流体，从稳定的自然对流开始，冻结的NEPCM被研究。左边和右边的墙壁温度降低了10°C。实际上，冷右墙保持在10℃，低于

基液的冻结温度（273.15 K）。因此，纳米流体将开始冻结在右边墙上，固体从前往左移动。其他边界条件不变。体积分数为0，0.1和0.2的“三个代表”的固体颗粒是被认为104和105两个初始格拉雪夫数。相关属性在表1中给出，体积分数为0，0.1和0.2三个固体颗粒的相应的斯特凡数为分别为0.125，0.136和0.150。彩色轮廓的纳米流体的体积分数，期间在各种时刻冻结的NEPCM如图3所示，对于一个初

始格拉雪夫数为104。

图3的时刻分别为100，500，1000和1500 S。红色是用来确定液相，而蓝色是冷冻固相指示。在一般情况下，尖的液固界面早期轻度错位，近垂直向较冷的墙壁。从而有利于顶部绝缘墙形成相对较长的湿润长度。这可以归结为在浮力驱动的对流腔，已经在t=0以顺时针（CW）旋转涡的形式表现全部强度。对于t>0,这个漩涡力量削弱而第二个近左墙的逆时针（逆时针）旋转涡产生。瞬时冷冻固相体积的观察和界面形状，在纯净水的冰点（φ= 0）这些点上总是与Banaszek等人的研究结果相一致的。对于格拉雪夫数（Gr=104)，由于固体颗粒体积分数提高，NEPCM更迅速地冻结。这是

由于纳米流体和规模较小的潜热值提高导热系数，以下要进一步讨论。

在NEPCM的冻结期间纳米流体在最初的10秒，一个初始GR= 105，STE= 0.150和固体颗粒体积分数为0.2简化瞬间如图4所示。在t = 0的简化与Khanafer研究等有类似的情况，清楚地观察到一个连续旋转涡。结果在t = 0的两个活跃墙壁的温度突然下降，顺时针旋转涡减弱强度和，左墙旁边空间范围形成一个逆时针旋转涡。双涡流动模式的建立被更详细的检查，时间步长降低到0.1秒。注意形成，在最初的10秒，顺时针涡的增长和平衡与最初强烈的顺时针涡旋的动态交互相关。在T =10秒瞬间，两个旋转方向相反大小近似的旋涡左墙和右墙之间的薄冻层下观察到挤压，对于

其余的冻结过程，双涡结构将持续,但由于冻结前的左倾运动，涡将