《Journal of Energy Storage》：Thermal analysis of integrating phase change material and evaporative cooling for thermal power reserves via electronic cooling
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本实验研究电子冷却下相变材料（PCM）的热能储备，对比了去离子水、氟里昂72、氢氟醚7200和异丙醇四种工质的传热性能。结果显示氟里昂72在110W工况下传热系数达242.4W/(m2·K)，热回收比99.2%，热阻抗最低0.28K/W，其最大热能储备10.8W源于快速结晶和较小的过冷度。不同工质的传热效率差异与流动阻力、汽化潜热及热导率相关，去离子水在30W时单位质量熵产最低4.6%。
Kalimuthu Gopi Kannan | Chinnasamy Veerakumar | Ramasamy Dhivagar | Pawan Kumar Singh | Yunis Khan | Man Mohan | Sung Chul Kim
机械工程系，Alliance应用工程学院，Alliance大学，卡纳塔克邦班加罗尔 - 562 106，印度
摘要
本研究通过电子冷却方法探讨了相变材料中的热能储备，并分析了蒸发冷却对热流体的影响。实验中使用了去离子水、Fluorinert化合物-72、氢氟醚-7200和异丙醇作为热流体，在30至110瓦的功率范围内，以20瓦为间隔评估了它们的不同性能，包括对流热系数、热回收率和热阻抗。实验中使用的相变材料为肉豆蔻酸。研究结果表明，在110瓦的功率下，Fluorinert化合物-72具有最高的对流热系数（242.4瓦/(平方米·开尔文)）、最高的热回收率（99.2%）和最低的热阻抗（0.28开尔文/瓦）。实验结果受到实验装置配置、质量释放速率以及热流体特性的影响。当使用Fluorinert化合物-72且功率较高时，相变材料的热能储备最大，达到10.8瓦。这得益于其更快的成核速率和较小的过冷度，从而实现了更高的质量释放速率和更快的平衡温度。所有热流体的实验热能储备与实际热能储备之间的差异被计算为误差效率。对于去离子水，在30瓦的功率下，可行的最大熵效率为4.6%，这是由于较高的温度梯度和较低的热回收率所致。
术语表
材料规格与特性
选择合适的材料对于提高系统效率和实现最佳性能至关重要。在本研究中，根据材料的特性仔细挑选了相应的热流体[39,40]。选择热流体时考虑了以下因素：
- (i)
热流体应能在铜管中自由流动，以降低流动阻力并提高整体系统效率。
- (ii)
该系统采用蒸发冷却原理，因此热流体必须
实验装置与程序
图3和图4分别展示了用于通过电子冷却方法检测热能储备的实验装置的示意图和照片。实验装置包括：热流体储罐（尺寸：10 × 10 × 10厘米；厚度：0.12厘米）、浸入式加热线圈（420瓦，12欧姆）、锥形集管（直径：4.5厘米；高度：0.5厘米）、绝缘相变材料（PCM）桶（直径：0.4厘米；长度：15厘米）、桶形集管（直径：1.5厘米；长度：11厘米）以及辅助PCM桶。
结果与讨论
实验使用了去离子水、Fluorinert化合物-72、氢氟醚-7200和异丙醇，在30至110瓦的功率范围内，以20瓦为间隔，评估了这些热流体的对流热系数（HRR）和热阻抗。通过实验测量了PCM的热能储备，并分析了热流体的影响。同时，还将实验结果与PCM的实际热能储备进行了比较，并计算了误差效率。
结论
本研究通过电子冷却方法研究了相变材料中的热能储备，并分析了不同热流体对蒸发冷却效果的影响。在30至110瓦的功率范围内，使用去离子水、Fluorinert化合物-72、氢氟醚-7200和异丙醇评估了实验装置的性能参数（对流热系数、HRR和热阻抗）。实验结果表明，这些热流体的性能存在差异。
作者贡献声明
Kalimuthu Gopi Kannan：概念构思、方法论设计、实验研究、初稿撰写及监督。
Chinnasamy Veerakumar：实验研究、初稿撰写。
Ramasamy Dhivagar：方法论分析。
Pawan Kumar Singh：数据整理、审稿与编辑。
Yunis Khan：形式分析。
Man Mohan：概念构思。
Sung Chul Kim：审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
作者衷心感谢印度丹巴德理工学院（ISM）在Institute PDF项目（参考编号：DAR/PDF/MECH/26/2023）下的资金支持，以及韦洛尔理工学院提供的实验设施。
