多孔介质燃烧中相变材料热调控系统实现高效热电转换的研究

本文创新性地将石蜡作为相变材料(PCM)应用于多孔介质燃烧(PMC)尾气热管理，通过优化填充结构和掺杂氮化铝(AlN)提升热导率，使热电发电机(TEG)最大输出功率达2.04W，合成气转化效率提高至45.6%，为燃烧热能梯级利用提供了新思路。

　　

Highlight

相变材料(PCM)通过改善尾气热量不均匀性显著提升热电发电机(TEG)性能。本研究采用石蜡作为多孔介质燃烧(PMC)的均热介质，反应条件促进合成气产率提升，高效传热使发电量增加。优化填充后系统最大功率达2.04W，总发电量5955J；掺杂6wt%氮化铝(AlN)粉末使石蜡热导率显著提升，发电量增加0.29W。

Experimental setup

实验系统包含气体混合、燃烧发电和数据采集三部分。质量流量计控制当量比和入口流速，内径60mm的圆柱反应器外覆60mm保温层，沿反应器间隔13mm布置10个S型热电偶。

Effect of paraffin filling

图4显示不同石蜡填充量的熔融特性。石蜡作为相变介质可缓冲高温尾气冲击，60mm填充量熔融时间(381秒)仅为120mm的一半。较少填充量导致T1-T3温差更大，但优化后的8mm颗粒填充使合成气转化效率达45.6%，输出功率2.01W，证明填充床结构优化至关重要。

Conclusions

(1)石蜡填充量减少会增大轴向温度梯度

(2)当量比1.6和入口流速16cm/s时总能量分别增加843.29J和741.53J

(3)氮化铝掺杂显著改善热传导性能

本研究为燃烧热能稳定发电提供了实验范本。