该研究包括数值模拟和实验研究。(a)展示温度分布的相变乳液储罐的三维数值模型。(b)在实验中和在有或没有挡板的模拟期间，相变乳液和水的能量有效比率。鸣谢:应用能源，DOI:10.1016/j . apenergy . 2022.118526材料科学家已经展示了相变材料如何提高热能储存中的能量密度，尽管相对于较低的充电/放电速度存在限制。在爱思唯尔的《应用能源》杂志上发表的一份新报告中，香港理工大学和澳大利亚悉尼大学的能源工程和土木工程专业的、梁、和、牛领导的科学家团队提出了一种用于冷藏的新型分层相变乳化罐。该团队进行了实验和数值研究，以建立用于冷藏的辐射冷却应用，他们用一种新型的水纳米乳液相变材料(PCM)分层储罐进行了演示。在实验过程中，他们使用20重量%的水包PCM纳米乳液作为存储介质和传热流体，通过相变乳液(PCE)在回路中循环，将冷却能力提高了60%。数值模拟表明，安装在储罐中的挡板如何能够减少流体混合，从而在高排放流速下显著增加有效能量储存容量。由于冷却源和需求之间的低温差，新设计的水基相变材料纳米乳液分层储罐在提高能源系统的整体效率方面具有相对优势。建造一个新的相变乳液(PCE)储罐
由于快速的经济增长和社会发展，对可再生能源的需求增加，以满足日益增长的能源消耗和减少环境污染的标准。由于包括太阳能和风能在内的可再生能源因季节变化而不稳定，因此能量存储整合的可能性对于平衡能源需求和供应至关重要。例如，热能存储系统可以存储白天接收的能量，在晚上使用，用于加热、通风和空调(HVAC)系统中的应用或者冷却数据中心中的电子设备。
主要作者、博士研究员梁(音译)目前正在澳大利亚悉尼大学土木工程学院甘副教授的研究团队中完成他们的博士研究，他将他们在该领域的工作描述为“一种创新的热能储存解决方案”。梁定义了实验装置的动力学:“我们使用相变乳液储罐来循环纳米乳液，并在系统中提供传递和存储热量的双重功能。与包含水或相变材料(PCM)的传统储罐相比，这一发展显著提高了存储容量以及充电和放电速率。“材料科学家已经表明，尽管分层存储罐已经成为热能存储的普遍选择，具有广泛的应用，但是热能也可以通过将相变材料浸入罐结构中来提高热效率。相变乳液也是令人感兴趣的存储和传热介质，这可以通过将相变材料的液滴分散在载液(例如水)中来实现，该载液具有用于各种应用的表面活性剂。在这项工作中，梁等人设计了一种新的方法来结合PCM(相变材料)乳液，作为新的热分层罐的存储介质，同时作为冷却天花板系统中的传热介质循环。
实验装置:(a)示意图(RTD:电阻温度计探测器，WFS:水流量传感器，DAQ:数据采集)；(b)冷藏罐和冷却器的照片；(c)相变乳液；(d)光学显微镜的显微照片。鸣谢:应用能源公司，DOI: 10.1016/j.apenergy，实验装置。19866.688686886116
在冷藏应用中，充电和放电速度至关重要，但相变材料的低导热率会导致传热率低，充电/放电时间较长。为了克服这些限制并改善相变材料的热传递，研究人员采用了多种方法，包括金属泡沫和纳米粒子的集成。梁等人设计了一种新的方法，通过引入挡板使分层罐中的相变材料乳液达到更高的排放速率，同时具有稳定的有效能量容量。该团队测试了PCM乳液储罐的分层，其次是其有效能效、储能和放电速度。他们还开发了一个数值模型，以了解相变材料乳液中的相变过程，作为一种新的和有前途的热能储存替代方案。根据梁的说法，研究小组希望,“这种(相变乳液)储能在节能建筑中显示出巨大的潜力，以平衡能源的供需。”
储罐的设计参数。信用:应用能源，DOI:10.1016/j . apenergy . 2022.118526新模型的放电行为和分层性能。
为了说明相变乳化液分层罐的动态排放行为，梁等人分析了经过验证的三维数值模型的结果。基于相变材料的动力学，他们捕捉到了乳液中相变的演变。然后描述了不同流速下储罐内的温度变化，并推断出在较高流速下温度变化较快，此时冷热流体混合也很重要。数值模型验证了有效热容法在理解相变材料在乳状液中的相变效应、改进储罐设计中热分层概念方面的有效性。该团队测试了相变乳液介质和作为存储介质的水，结果表明，与水相比，相变乳液在较高流速下的有效能效略高，因为乳液的粘度较高，从而减缓了出口的温度升高。研究结果突出了在分层罐中使用乳状液作为新的热能储存介质的潜力。
实验中不同流量下相变乳液和储水罐的温度分布图:(a)0.242 L/min；0.296升/分钟；0.370升/分钟；0.401升/分钟。学分:t * = 0.5，流量= 1 L/min时，施加的能量，https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.118526
不同挡板尺寸下相变乳液的温度等值线(单位:♀C):(a)DP/dt = 0，无挡板；DP/dt = 1；(c)DP/dt = 3；dp/dt = 6。信用:应用能源，DOI: 10.1016/j.apenergy，展望2022.11118521821
该团队进一步优化了带有挡板的实验装置，以在相变乳液储存中实现理想和有效的能效，从而超过分层储水(SWS)罐的量化尺寸。通过这种方式，梁，及其同事进一步描述了(相变乳液)罐的有效能量比大于SWS罐，以突出PCM(相变材料)乳液的热效率。基于实验和数值结果，梁得出结论，这种技术“将应用于快速发展的数据中心的计算设备的紧急冷却”，以及辐射冷却板冷存储的其他实际应用。
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