微小通道内相变胶囊热输运过程热质传递特性及微观调控机理

基本信息
批准号:51806238
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:刘臣臻
学科分类:
依托单位:中国矿业大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:杜雪平,赵佳腾,曲捷,文一平,吕培召,张轩,王立
关键词:
蓄热微小通道固液相变凝固换热相变胶囊
结项摘要

There are vast application prospects of phase change capsules in high-power electronic components and power batteries thermal management. The temperature-control ability of heat dissipation system based on micro channels is affected by thermophysical properties, characteristics of heat transfer and flow. This project mainly focuses on the heat-mass transfer characteristics and micro regulation mechanism of phase change capsules in micro channels during thermal transportation process, the research contents include: (1)preparation and characterization of phase change capsule particles, core-shell structure regulation of phase change capsules; (2)thermophysical properties and heat and mass transfer enhancement of latent functional thermal fluid base on phase change capsules; (3)heat and mass transfer characteristics of functional fluid including phase change capsules in the process of thermal transportation in micro channels. The objects of this project are as follows: (1)reveal the interactional mechanism between shell and core materials of phase change capsules, and establish the coarse graining model of phase change capsules structure prediction and optimization, grasp preparation technologies and structure regulation mechanism of phase change capsules; (2)establish the coarse graining model of latent functional thermal fluid based on phase change capsules, and reveal the micro mechanism that affecting rheological features and thermal properties of latent functional thermal fluid; (3)reveal rules of phase change capsule structure and thermophysical parameters of latent thermal functional fluid affecting characteristics of flow and heat transfer in the process of heat-mass transportation in micro channels.

相变胶囊在大功率电子元器件、动力电池热管理等领域具有广阔的应用前景,而基于微小通道的散热系统的控温性能受到相变胶囊热物性、传热与流动特性的影响。本项目围绕微小通道内相变胶囊热输运过程热质传递特性及微观调控机理,拟开展工作:(1)相变胶囊颗粒的制备与表征以及相变胶囊的核壳结构调控;(2)基于相变胶囊的潜热型功能流体的热物性与热质传递强化;(3)微小通道内含相变胶囊的功能流体热输运过程热质传递特性。拟实现目标:(1)揭示相变胶囊壁材和芯材之间的相互作用机理,建立相变胶囊微观结构预测与优化的粗粒化模型,掌握相变胶囊的制备工艺与结构调控机理;(2)建立基于相变胶囊的潜热型功能流体的粗粒化模型,揭示影响功能流体流变特性和热物性的微观机理;(3)揭示微小通道内潜热型功能流体中相变胶囊结构与热物性参数对热质输运过程流动与传热特性的影响机制及调控机理。

项目摘要

相变胶囊在大功率电子元器件、动力电池热管理等领域具有广阔的应用前景,而基于微小通道散热系统的控温性能受到相变胶囊热物性、传热与流动特性的影响。为研究微小通道内相变胶囊热输运过程热质传递特性及微观调控机理,本项目已开展的主要研究内容如下:(1)相变胶囊颗粒的制备与表征以及相变胶囊的核壳结构调控;(2)基于相变胶囊的潜热型功能流体的热物性与热质传递强化;(3)微小通道内含相变胶囊的功能流体热输运过程热质传递特性。本项目所达成的研究目标如下:(1)采用乳液聚合法、溶胶凝胶法制备了石蜡/二氧化硅、正二十烷/酚醛树脂、十二水合磷酸氢二钠/二氧化硅相变胶囊,结合耗散粒子动力学介观模拟方法,预测了相变胶囊的成分配比对微观形貌的影响,揭示了芯材与壁材比例、乳化剂含量、搅拌速率等工艺参数对相变胶囊热性能、粒径大小和微观形貌的影响规律及调控机理;(2)将相变胶囊颗粒分散至单相传热流体中,制备了相变胶囊潜热型功能流体,并采用高导热材料对潜热型功能流体进行传热强化,揭示了相变胶囊浓度和高导热纳米颗粒类别及添加量对潜热型功能流体的相变温度、相变潜热、导热系数、密度、粘度等物性参数的影响规律;(3)通过搭建对流换热实验台,对相变胶囊潜热型功能流体的传热与流动特性进行了研究,揭示了相变胶囊浓度、流体入口温度、流量大小等在不同通道大小、通道类型等条件下的传热与流动特性。研究表明在相同通道内,潜热型功能流体表现出更好的传热性能,同时降低了壁面温度标准差,提高了壁面温度均匀性。在项目资助下发表SCI论3篇,接收会议论文3篇,申请发明专利2项,出版著作1部,获得江苏省能源研究会能源科技创新奖-青年能源科技奖二等奖、徐州市自然科学优秀学术论文二等奖等科研奖励,入选2020年江苏省科技副总。本项目的研究成果可为相变胶囊在微小通道换热器的应用与性能优化提供理论指导。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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