Fe_3O_4/石蜡复合相变材料传热及其磁控特性研究

相变材料是一种可在温度基本不变的情况下吸收或释放能量的功能材料,能够实现热量存储。石蜡作为一种相变潜热大且性能稳定的相变材料,在太阳能储热以及电子器件热管理等方面应用广泛,但是仍存在传热性能较差等问题。本课题拟应用格子玻尔兹曼方法对相变过程传热特性进行数值模拟,制备磁性Fe_3O_4纳米颗粒/石蜡复合相变材料,结合模拟与实验方法分析相变过程传热特性及磁控特性,探究在磁场力作用下相变过程中热量传递及温度变化情况。综合考虑石蜡相变材料的传热储热特性和稳定性,提高其传热性能,调控相变过程中热量传递速率,促进其在工业实际生产中的应用。基于格子玻尔兹曼方法,建立磁场力作用下相变传热特性模型,进行模型验证以及网格无关性验证,验证模型的稳定性和准确性,为后续磁控相变传热特性数值模拟研究奠定基础。制备磁性Fe_3O_4纳米颗粒以及不同Fe_3O_4纳米颗粒质量分数的石蜡复合相变材料,测量其传热储热性能,获得不同纳米颗粒质量分数对复合材料热物性的影响,发现复合相变材料具有较好的传热储热特性和稳定性。搭建磁场力作用下相变过程传热特性实验装置,进行实验测量结果误差分析。基于格子玻尔兹曼方法,开展Fe_3O_4纳米颗粒/石蜡复合相变材料相变传热特性数值模拟研究,获得纳米颗粒质量分数、瑞利数和热源条件等因素对相变系统传热特性的影响规律。应用相变传热实验台开展Fe_3O_4纳米颗粒/石蜡复合相变材料相变传热特性实验研究,综合模拟及实验结果,探究不同颗粒质量分数相变材料在相变过程中温度场及流场的变化,发现Fe_3O_4纳米颗粒/石蜡的复合相变材料传热效果更佳,表现出与纯石蜡相比更好的传热性能。基于格子玻尔兹曼方法,开展外加磁场力下相变过程传热特性数值模拟研究,获得不同磁场力大小,方向以及磁性纳米颗粒质量分数对于相变过程温度场及流场变化的影响。应用磁场相变传热实验装置,开展外磁场力下相变过程传热特性实验研究,综合模拟和实验结果获得不同磁场力大小,方向以及磁性纳米颗粒质量分数对于相变过程温度场及流场变化的影响,发现不同磁场力的添加可以在一定程度促进或抑制相变过程。因此,磁场力可作为调控相变传热及流动过程的一种有效途径。