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高 新 技 术
０ 引言
相变材料（Phase Change Material，PCM）通过吸收/释放潜热以储存能量，可实现能量在时空上的转换，缓解能源危机。目前，将胶囊封装技术应用于相变材料领域是国内外的研究热点。与普通相变材料相比，相变材料微胶囊化可以增加传热面积、减少与外界环境的反应。相变微胶囊具有良好的储热调温特性，可应用于建筑节能、控温包装等领域。 相变过程包含多种复杂的热物理现象，相变微胶囊尺寸很小，而传统实验基本难以观测到微胶囊内部的相变，采用数值方法可以有效解决这一难题。热焓法是被广泛应用的一种数值方法，它是以温度与焓值作为变量，在整个区域内建立统一的能量方程求解。叶会文等运用热焓法研究了相变微胶囊的蓄热特性，发现相变微胶囊的换热效率高，适用于小温差的储热系统[1]。戴晓丽建立了单个相变微胶囊凝固过程的模型，得到胶囊粒径、ste 数等对胶囊相变过程的影响规律[2]。郝睿研究了相变微胶囊的壁材对相 变过程的影响，发现微胶囊壁材的厚度和导热系数对相变过程有着很大影响[3]。在相变微胶囊的传热过程研究中，目前较少有在微米尺度上预测相变微胶囊内的温度分布、固/液界面等瞬态现象，系统地分析了胶囊粒径、壁材的厚度、壁材的导热系数对相变过程的影响。
压缩胶囊该文以芯材是石蜡、壁材是密胺树脂的相变微胶囊单体为研究对象，运用热焓法对相变微胶囊的熔化过程进行了数值模拟，预测了微胶囊内的物相分布情况，研究了胶囊粒径、囊壁厚度、壁材的导热系数对相变传热过程的影响，为相变微胶囊在控温包装领域的设计和应用提供了理论指导。
１ 模型的建立
采用Fluent 软件进行模拟仿真。下面介绍其物理模型和计算过程。
１．１ 物理模型
图1为石蜡相变微胶囊的电镜扫描微观结构图，选取其中的一个单体进行研究，其示意图如图2所示，微胶囊外壁面温度恒定。
为了简化计算，对相变微胶囊模型进行5条假设。1）相
变微胶囊的囊壁、相变芯材具有均质和各向同性。2）相变材料的物性参数不随温度的变化而变化。3） 忽略胶囊内部的自然对流效应，将相变传热过程简化为纯导热过程。4）液相流动为层流，不可压缩流体。5）整个系统无热量耗散。
图1 相变微胶囊扫描电镜图
图2 相变微胶囊物理模型
双面绣是谁发明的囊壁R 0
R 1
固相区液相区固液两相区
１．２ 数学模型
自制自慰器根据上文所述的物理模型，一维坐标系下，建立计算区域内的控制方程如下：
（1）上式中
乙硫氮
：
（2）d T （3）
（4）
相变微胶囊单体熔化过程的数值模拟研究
席丽敏 方 健 张 喆
（北京林业大学材料科学与技术学院，北京 100083）
摘 要：该文研究了相变微胶囊的熔化过程，采用热焓法进行了数值模拟，分析了粒径大小、壁材厚度以及壁材的导热系数对相变过程的影响，预测了不同时刻微胶囊内部的物相分布。研究结果表明，在单个相变微胶囊中，熔化初始时刻，热量传递率较大，随着熔化进程的推移，热量传递减小。相变微胶囊完全熔化时间随壁材的导热系数及厚度的增加而缩短，随粒径的增大而延长。该研究对提高相变微胶囊的储热能量和速率具有一定的理论指导意义。关键词：相变微胶囊；熔化；数值模拟中图分类
号：TB34 文献标志码：Ausb话筒
分子动力学仿真基金项目：北京林业大学中央高校基本科研业务费专项资金项目（2017JC12）。
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