Numerical and experimental study of the thermal rectification of a solid-liquid phase change thermal diode

材料科学 热导率 相变材料 传热 热的 热流密度 热能储存 二极管 相变 热能 石蜡 相(物质) 热力学 整改 光电子学 化学工程 复合材料 功率(物理) 化学 有机化学 工程类 物理
作者
Zhaonan Meng,Raza Gulfam,Peng Zhang,Fei Ma
出处
期刊:International Journal of Heat and Mass Transfer [Elsevier]
卷期号:147: 118915-118915 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118915
摘要

Abstract Phase change materials (PCMs) are highly effective to enhance the sustainability of thermal energy storage, management and control systems. The quest to find other novel applications of PCMs diverts attention towards phase change thermal diodes. However particularly, solid-liquid phase change thermal diodes (SL-PCTDs) suffer from fairly low thermal rectification ratio, hampering their implementation as thermal management and temperature control units. Herein, a SL-PCTD prototype is reported that is capable to access thermal rectification ratio of 3.0, being the highest in the family of SL-PCTDs. With the help of a theoretical model, the design was optimized in terms of bi-terminal length, providing the guideline to physically fabricate and experimentally execute the SL-PCTD. Paraffin wax and calcium chloride hexahydrate have been employed to assemble phase change bi-terminals. In operation, the heat flux was manipulated within a wide temperature bias of 10–40 °C, in both the forward and reverse directions. Also, theoretical model includes the natural convection and liquid-height-dependent effective thermal conductivity of calcium chloride hexahydrate, helping to meet the prerequisites of a high-performance design.
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