建筑相变储能技术研究现状与发展

作为一项重要的建筑节能技术,相变储能技术可解决建筑能源供求在时间、空间和强度上不匹配的矛盾.综述了建筑储能相变材料的制备与导热性能增强、相变单元传热特性及传热强化、建筑相变储能系统的研发与应用,总结了材料研发、系统性能评估、系统应用技术开发等3个方面的不足,指出了未来研究重点,即开发性能稳定且蓄放热能力强的相变材料、有效预测多物理过程和多相态储能系统的动态性能和实现无人工干预条件下储能系统的自主有效运行等.      

相变储能路面发热融雪材料体系的试验研究

应用相变材料(PCM)于热融法路面除冰雪技术中,在实验基础上确定发热材料体系的材料组成、PCM的封装方式以及PCM发热体的结构,制备路面发热融雪材料体系试件.试验研究表明:通过PCM相变产生的能量缓释效应,可以改善发热材料体系的温度场分布并对其实现温度调控;相变储能路面发热融雪材料体系具有较高的蓄热能力和热稳定性,融雪效能大,在满足融雪功效的同时,热应力明显降低且节能.     

激光相变硬化处理热过程的计算机模拟

建立了激光相变硬化处理三维准稳态温度场数值分析模型，该模型考虑了材料热物性参数随温度改变、工件表面散热以及相变潜热等因素的影响，采用有限差分法计算了４５钢不同工艺参数处理的温度场，得到了工艺参数与材料相变硬化区尺寸的关系，在此基础上，制定了激光相变硬化工艺规范图，通过计算机模拟预测了激光相变硬化层深度并与实验数据进行了比较，预测结果与实验数据吻合良好。     

寒区高强钢丝索体径向温度场及其参数影响规律分析

为系统分析系杆拱桥吊杆径向温度的影响因素,对三跨系杆拱桥吊杆横断面温度场进行实测试验,获得了吊杆在6个月周期内的温度变化数据;基于热传导理论,采用ANSYS有限元软件建立吊杆导热温度场仿真分析模型,以气象参数、吊杆材料热工参数、内部钢丝孔隙率及杆体直径参数为影响因素,针对单一影响因素对温度场的敏感程度进行数值分析。研究结果表明：太阳辐射强度是主要影响因素,辐射强度每降低100 W/m²时吊杆内部钢丝两外侧径向温差减小0.77℃;吊杆内部钢丝孔隙率对吊杆庇荫面内部钢丝温度、径向温差值的影响较大,从5%变为15%,径向温差最大变化量为3.4、1.8℃;索体直径由97 mm变为600 mm时,索体横断面温度不均匀分布明显增大,其径向温差变化量为9.0℃,对结构受力不利;钢丝及外包防腐材料的导热系数及比热容,对吊杆内部钢丝两外侧径向温差的影响均很小,径向温差最大变化量分别为1.3、1.0℃。     

高原高寒地区“上”形钢-混凝土组合梁的竖向温度梯度模式

以青海省海黄大桥为工程背景,建立了考虑气象参数的组合梁温度场有限元分析模型,采用实桥测试数据对模型进行了验证;分析了"上"形组合梁四季竖向温度分布,给出了升温和降温时竖向温度梯度简化模式,研究了太阳辐射强度、气温和风速等气象参数对温差的影响规律,采用极值统计方法给出了50年一遇气象参数代表值下不同沥青混凝土铺装厚度的"上"形组合梁最不利竖向温度梯度模式。研究结果表明:在日照升温和夜间降温过程中,组合梁竖向温度梯度模式不同;升温过程中最大温差出现在14:00,温度梯度模式可简化为"顶部5次抛物线"加"底部折线"的形式,顶部温差受沥青混凝土铺装厚度影响较大,当铺装厚度分别为0、50、100、150mm时,顶部温差极大值分别为23.8℃、31.7℃、24.1℃、17.4℃,底部温差极大值可取5.1℃;降温过程中最大温差出现在2:00,温度梯度模式可简化为"顶部双折线"与"底部等温段"的形式,顶部温差受沥青混凝土铺装厚度影响较大,当铺装厚度分别为0、50、100、150mm时,顶部温差极小值分别为-12.2℃、-8.2℃、-5.0℃、-2.9℃,底部温差极小值可取-16.4℃;"上"形组合梁竖向温度梯度受气象参数的影响,温度与太阳日辐射总量和气温基本呈线性关系,而与风速表现出非线性关系;"上"形组合梁升温梯度模式与美国AASHTO规范接近,但顶部温差取值较美国AASHTO规范高1.7℃,降温梯度模式与欧洲规范接近,但底部温差较欧洲规范低8.4℃,故本文给出的温度梯度模式更为不利。     

MA-PA复合EG相变材料的研制及热性能

以十四烷酸(MA)、十六酸(PA)为相变材料单体,制备了系列二元低共熔混合物(MA-PA),再以膨胀石墨(EG)为基体,采用多孔吸附法制备出MA-PA/EG复合相变材料.通过DSC、冷热加速循环和蓄、放热实验,研究了MA-PA/EG材料的热性能.结果表明,在MA-PA与EG最佳质量配比为15∶1的条件下,MA-PA/EG的熔化温度和凝固温度分别为44.99℃和44.42℃,熔化潜热和凝固潜热分别为156.9J/g和155.3J/g,EG对相变温度和潜热的影响不大;1 000次冷热加速循环后MA-PA/EG材料仍具有良好的热稳定性;EG可有效地提高MA-PA/EG材料的蓄、放热速率,且在固液相变过程中无液体侧漏.     

二十烷@二氧化硅复合相变储能材料的热化学性能

利用溶胶-凝胶法制备了正二十烷@二氧化硅复合相变储能材料.其中二十烷为相变主体材料,二氧化硅为基体材料,它能提供较强的结构强度,防止二十烷在熔化时发生泄漏现象.实验表明,在该复合材料中,二十烷不发生泄露的最大质量百分比可达到73％.使用红外(IR)、热重(TG)及差示扫描量热(DSC)等多种方法对该复合材料的结构与热性质进行研究.结果表明二十烷的亚甲基与二氧化硅的硅醇基之间有很强界面相互作用,可以改变二十烷的物理性质.该复合材料显示出与纯二十烷不同的相变特性,其储热能力高于二十烷,同时复合材料的热导率和二十烷相比有所增加.     

高原高寒地区H形混凝土桥塔日照温度效应

分析了混凝土结构温度场边界条件计算方法,以青海省海黄大桥H形混凝土桥塔为工程背景,计算了高原高寒地区四季典型气象条件下的桥塔温度场分布,对比了四季的桥塔表面温差和塔壁局部温差,确定了桥塔的最不利温度荷载,建立了桥塔整体有限元模型,分析了四季桥塔的偏位、竖向应力、横向应力和纵向应力等温度效应。分析结果表明:桥塔表面温差与桥塔局部温差均在冬季最大,最大值分别可达11.88℃、20.79℃,在夏季最小,最大值分别可达5.15℃、15.25℃;横桥向和纵桥向桥塔表面温差最大值分别达到9.15℃、11.88℃,远大于《公路斜拉桥设计细则》(JTG/T D65-01—2007)推荐值±5℃;接近正南方向的塔壁局部温差最大,沿壁厚方向的温差分布接近指数形式,冬季和夏季温度衰减系数最大值分别为4.50、5.01,故冬季桥塔壁板局部温度分布较夏季更不均匀;桥塔温度效应同样在冬季最大,1天中最大桥塔偏位超过40mm,白天桥塔偏位变化值超过15mm,不利于施工过程中的桥塔偏位监测;桥塔根部竖向最大拉应力达到2.2MPa,桥塔根部同样产生较大水平向拉应力,纵桥向和横桥向最大拉应力分别为1.82、0.82 MPa,均发生在桥塔内侧,在与其他作用组合时可能会造成桥塔开裂,建议在桥塔塔壁内侧布置一定量的钢筋网片来控制裂缝;在进行高原高寒地区桥塔设计和施工控制时,应充分考虑温度效应带来的不利影响。     

相变沥青混合料调温效果及路用性能研究

为掌握相变沥青混合料调温效果及其路用性能,制备PEG2000/硅溶胶相变材料,研究其配比和掺量对沥青混合料调温效果的影响,进而就相变沥青混合料路用性能进行试验分析.结果表明:温度高于40℃后,PEG2000/硅溶胶相变材料能有效降低沥青混合料高温持续时间,且降温效果随相变材料中PEG2000比例提高呈先提高后降低趋势,随相变材料掺量增加呈线性提高趋势;沥青混合料升温过程中,其高温稳定性随相变材料掺量增加逐渐提高,而沥青混合料升温稳定后,高温稳定性随相变材料掺量增加逐渐降低;沥青混合料低温抗裂性随相变材料掺量增加呈先变好后变差趋势,掺量为3％时,低温抗裂性最优,水稳定性则随相变材料增加逐渐下降;推荐采用PEG2000与硅溶胶比例为5:10、掺量为3％制备相变沥青混合料,此时调温效果优良,且各项路用性能满足规范要求.     

CRTSⅠ型双块式无砟轨道冬季温度场试验

为探讨无砟轨道结构温度场分布,通过对成都地区CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构冬季温度场监测,分析了不同天气轨道结构温度场的变化规律.基于数理统计方法,提出了成都地区双块式轨道道床板冬季垂向温度荷载模式.研究结果表明:道床板昼夜温度变化较大,支承层温度变化较小,道床板表面最大温差17.50 ℃,支承层底面最大温差0.35 ℃;随深度增大,温度变化幅值减小,道床板温度峰值滞后于气温峰值;轨道结构最大正温差出现在14:30左右,最大负温差出现在约08:00;道床板温度沿深度呈指数函数关系.