相變貯熱管是一種調溫功能性材料。可以利用它在特定溫度（相變溫度）下發生物相的變化而引起吸熱和放熱的過程，來控制環境溫度，如用於人造衛星製造中涉及儀器的恆溫控制問題，以及民用節能材料方面。
基本介紹
- 中文名：相變貯熱管
- 外文名：Phase change heat storage tube
- 套用學科：熱力工程
- 範疇：工程技術
- 涉及：相變材料
- 定義：一種調溫功能性材料
概述,基本原理,在相變材料中埋設金屬絲網,將碳纖維與相變材料共混,採用金屬肋片,
概述
相變貯熱管是一種調溫功能性材料。可以利用它在特定溫度（相變溫度）下發生物相的變化而引起吸熱和放熱的過程，來控制環境溫度，如用於人造衛星製造中涉及儀器的恆溫控制問題，以及民用節能材料方面。目前，美國和法國已將CaCl2·6H2O及Na2SO4·10H2O等相變材料製成了貯熱管用於住宅熱溫取暖。前者，吸熱在29.9℃時熔融成為液體，後者，吸熱在32.4℃時熔融。利用它們的相變，吸熱、放熱來調節周圍環境溫度。採用相變材料的溫控系統具有許多優點，如裝置簡單，不需要一整套的供熱、輸熱的管道設施占地面積小，使用方面，不需管理和維修、節省能源、成本較低。
基本原理
相變材料用於熱能的貯存具有很多優點，如相變溫度範圍很小，單位質量及體積貯熱密度大等。但相對於大的貯熱能力，它們的導熱係數一般偏小，這嚴重製約了相變材料在一些場合的套用。例如在太陽能系統中，儘管熱量的貯存階段較長，但熱量的抽取則要求在較短的時間內完成，這就需要改善相變材料的傳熱。改善傳熱的手段很多，已有不少人做了這方面的研究工作，其中較為常用、效果明顯且研究較多的方法可歸為3類：
在相變材料中埋設金屬絲網
XinglinTong等人建立了詳細的數學模型，對垂直的環狀空間（
）中均勻布置鋁網的水的相變過程進行了數值模擬。模擬發現當鋁網的體積份數達到5%時，可使傳熱速率提高一個數量級。Hisham.M等人對套管式相變換熱進行了實驗研究。該實驗裝置內管走傳熱流體，外管中為石蠟，其中填設了金屬網和金屬球。實驗結果表明，當金屬網和球的體積份數接近2%時，可使Nus-selt數增大為原來的3倍。OsamaMesalhy等人對水平放置的套管中的相變過程進行了數值模擬。套管內壁處於恆定溫度，外壁面絕熱。在相變材料中布置導熱性能好、孔隙率大的固體格線可顯著增強換熱。
將碳纖維與相變材料共混
JunFukai等人對一種管殼式相變換熱器的強化換熱進行了研究。相變材料位於殼側，管側走傳熱介質，沿管軸向布置碳纖維刷的方式增強相變材料的傳熱。研究發現，當體積添加比例為1.2%時，可使相變材料的導熱係數增至原來的3倍；但由於臨近管壁處熱阻的影響，碳纖維刷的直徑超過管間距時，傳熱效果不會改善。F.Frusteri等人利用熱線法研究了碳纖維對一種無機相變材料導熱性能的改善情況，發現碳纖維與相變材料混合的均勻程度對傳熱改善效果具有重要影響。在添加質量比小於10%時，碳纖維的添加量與導熱係數的增加呈線性關係；在質量添加比例為7%時，長度為0.2mm的微纖維可使相變材料的導熱係數增至原值的4倍。
採用金屬肋片
AytuncErek等人對採用肋片強化相變材料的換熱效果進行了實驗和數值研究。實驗裝置為一帶外部肋片的管，管內走傳熱介質，管外為相變材料。他們研究了肋片的間距及直徑和流動參數的影響。ZhongliangLiu等人建立了一套實驗裝置，研究了環狀容器中硬脂酸的融解過程及肋片對傳熱效果的影響。該實驗裝置的中心為電加熱棒。實驗數據表明，採用肋片可使相變材料的當量導熱係數提高至原來的3倍。
以上3種改善相變材料傳熱的方式各有優缺點。在相變材料中埋設金屬絲網可顯著改善相變材料內部的傳熱狀況，但實現比較麻煩，不利於工業化，並且金屬絲網與壁面的接觸狀況較差，會嚴重影響傳熱速率。採用將相變材料與碳纖維共混的方式易於在工藝上實現，但傳熱增強的效果不盡人意，同時也存在與傳熱壁面的接觸問題。採用金屬肋片有利於工業化的實現，且與傳熱壁面具有良好的熱接觸，但到目前為止，鮮有較完整的改善效果的文獻報導。
