相变储能

• 储能技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，在太阳能、风能等新能源利用、电力“移峰填谷”、工业废热和余热的回收利用以及民用建筑等领域具有广泛的应用前景。相变储能技术具有储能密度高、体积小、温度控制恒定、相变温度选择范围宽等优点，受到了世界范围内的研究者的关注。

  作为相变储能系统核心的相变材料，除了具有储能密度高、工作过程温度变化小及系统体积小等优点外，但也存在着导热率低以及在相变过程中易于泄露等问题。针对相变材料的固有缺点，一些解决措施，例如：掺杂纳米颗粒及用纳米多孔载体对相变材料进行合成封装等极大改善了相变材料的热物理性能，促进了相变储能技术的大规模应用。

  1）针对利用高导热率纳米颗粒及多孔骨架材料增强相变材料热特性的微观机理，采用基于微观尺度的分子模拟方法，揭示了掺杂不同类型纳米颗粒（如金属、氧化物、碳基纳米颗粒等）对不同相变材料（如有机、无机相变材料等）的导热增强微观机理，阐释了多孔骨架与相变材料的界面微观相互作用对导热性能的影响机制，提出了纳米颗粒电荷修饰、梯级骨架材料等强化复合相变材料热特性的调控方法。

  

  图1 Al₂O₃纳米颗粒增强NaCl相变材料热输运性能的微观机理

  2）针对利用纳米颗粒及多孔骨架材料增强相变材料的热特性及宏观相变/传热行为，基于格子Boltzmann方法，从多孔骨架及纳米颗粒添加剂增强导热两方面出发，研究了纯相变材料和多孔骨架复合相变材料熔化前沿位置的变化和瞬态温度响应，采用部分饱和法构建了纳米颗粒/流体的固液两相模型，探究了纳米颗粒在流体中的运动行为，分析了固体纳米颗粒的含量、纳米颗粒的尺寸、颗粒的团簇行为以及纳米颗粒的布朗运动对方腔中流体流动以及传热的影响。

  

  图2 不同孔隙率下复合相变材料液相率随时间的变化及相界面的演化

  相关成果：

  1）主持国家重点研发项目子课题、中央高效基本科研业务费、企业委托等项目5项；

  2）在中国工程热物理学会传热传质会议青年论坛做报告1次（受限空间内流体流动及热质传递的多尺度研究，2024.04）；

  3）以第一/通讯作者身份在International Journal of Heat and Mass Transfer、International Journal of Thermal Sciences等领域权威期刊上发表论文10余篇。