工程科学学报.第44卷，第X期：1-8.2022年X月 Chinese Journal of Engineering,Vol.44,No.X:1-8,X 2022 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.09.14.002;http://cje.ustb.edu.cn 赤藓糖醇/碳纳米管复合相变材料热特性模拟研究 闫晓鑫》，冯妍卉12)四，邱琳12)四，张欣欣2 1)北京科技大学能源与环境工程学院，北京1000832)北京科技大学冶金工业节能减排北京市重点实验室，北京100083 ☒通信作者，冯妍卉，E-mail:yhfeng@me.ustb.edu.cn,邱琳，E-mail:qiulin@ustb.edu.cn 摘要在“碳达峰、碳中和”的大背景下，能源结构从一次能源向新能源转变刻不容缓.由于新能源具有间歇性、波动性的 特点，储能技术可以有效解决上述问题而得到了广泛的关注.相变材料作为储能技术的关键，其热导率低的问题亟需解决 赤藓糖醇作为中低温区常用的高焓值相变材料，热导率仅为0.7WK,严重制约了实际应用中的能量利用效率.本文以 赤藓糖醇作为主要研究对象，采用具有超高热导系数的单壁碳纳米管作为导热增强材料，借助分子动力学模拟的方法探究了 碳纳米管长度、质量分数以及分布方式对赤藓糖醇/碳纳米管复合相变材料热导率的影响规律.当碳纳米管轴向长度小于其 声子平均自由程时，复合相变材料热导率随碳纳米管轴向长度增加而增大，同时随碳纳米管质量分数增加而增大，但表现出 显著的各向异性.由于引入赤藓糖醇-碳纳米管界面，复合相变材料径向热导率相比纯赤藓糖醇反而降低.当碳纳米管在赤 藓糖醇中随机分布时，热导率的各向异性得到了显著改善且各方向热导率均得到了提升.通过对比复合前后赤藓糖醇与碳 纳米管的声子振动态密度发现，由于两者间的相互作用.碳纳米管的声子振动受到抑制.而赤藓糖醇中声子热输运得到激发， 从而提高了热导率. 关键词赤藓糖醇；碳纳米管；复合相变材料：热导率；分子动力学模拟 分类号TK02 Simulation of thermal properties of erythritol/carbon nanotube composite phase change materials YAN Xiao-xin),FENG Yan-hui2,QIU Lin2,ZHANG Xin-xin 2) 1)School of Energy and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Beijing Key Laboratory of Energy Conservation and Emission Reduction in Metallurgical Industry,University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083,China Corresponding author,FENG Yan-hui,E-mail:yhfeng @me.ustb.edu.cn;QIU Lin,E-mail:qiulin@ustb.edu.cn ABSTRACT In the area of"carbon peaking and carbon neutralization,"changing energy structure from primary energy to new energy is an extremely important issue.Due to the intermittent and fluctuating characteristics of new energy,energy storage technology has proven a viable solution to this issue thus has attracted extensive attention.As a key to energy storage technology,the problem of the low thermal conductivity of phase change materials(PCMs)requires immediate attention.Erythritol is a high enthalpy phase change material commonly used in low-to-medium temperature processes.Its thermal conductivity of only 0.7 W.m-K-seriously hinders its energy utilization efficiency in practical application.In this paper,erythritol is the main research focus,and single-walled carbon nanotubes (CNTs)of ultra-high thermal conductivity are used as thermal conductivity reinforcements.The effects of length,mass fraction,and the distribution of CNTs on the thermal conductivity of erythritol/CNT composite PCMs were studied by means of molecular dynamics 收稿日期：2021-09-14 基金项目：国家重点研发计则资助项目(2018YFA0702300):国家自然科学基金资助项目(51876007,51876008)：北京市科技新星计划资助 项目(Z201100006820065):北京市自然科学基金资助项目(3202020)：北京科技大学青年教师学科交叉研究资助项目（中央高校基本科研 业务费专项资金)(FRF-IDRY-19-004)赤藓糖醇/碳纳米管复合相变材料热特性模拟研究 闫晓鑫1)，冯妍卉1,2) 苣，邱    琳1,2) 苣，张欣欣1,2) 1) 北京科技大学能源与环境工程学院，北京 100083    2) 北京科技大学冶金工业节能减排北京市重点实验室，北京 100083 苣通信作者， 冯妍卉，E-mail: yhfeng@me.ustb.edu.cn; 邱琳，E-mail: qiulin@ustb.edu.cn 摘    要    在“碳达峰、碳中和”的大背景下，能源结构从一次能源向新能源转变刻不容缓. 由于新能源具有间歇性、波动性的 特点，储能技术可以有效解决上述问题而得到了广泛的关注. 相变材料作为储能技术的关键，其热导率低的问题亟需解决. 赤藓糖醇作为中低温区常用的高焓值相变材料，热导率仅为 0.7 W·m–1·K–1，严重制约了实际应用中的能量利用效率. 本文以 赤藓糖醇作为主要研究对象，采用具有超高热导系数的单壁碳纳米管作为导热增强材料，借助分子动力学模拟的方法探究了 碳纳米管长度、质量分数以及分布方式对赤藓糖醇/碳纳米管复合相变材料热导率的影响规律. 当碳纳米管轴向长度小于其 声子平均自由程时，复合相变材料热导率随碳纳米管轴向长度增加而增大，同时随碳纳米管质量分数增加而增大，但表现出 显著的各向异性. 由于引入赤藓糖醇–碳纳米管界面，复合相变材料径向热导率相比纯赤藓糖醇反而降低. 当碳纳米管在赤 藓糖醇中随机分布时，热导率的各向异性得到了显著改善且各方向热导率均得到了提升. 通过对比复合前后赤藓糖醇与碳 纳米管的声子振动态密度发现，由于两者间的相互作用，碳纳米管的声子振动受到抑制，而赤藓糖醇中声子热输运得到激发， 从而提高了热导率. 关键词    赤藓糖醇；碳纳米管；复合相变材料；热导率；分子动力学模拟 分类号    TK02 Simulation of thermal properties of erythritol/carbon nanotube composite phase change materials YAN Xiao-xin1) ，FENG Yan-hui1,2) 苣 ，QIU Lin1,2) 苣 ，ZHANG Xin-xin1,2) 1) School of Energy and Environmental Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Beijing Key Laboratory of Energy Conservation and Emission Reduction in Metallurgical Industry, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 苣 Corresponding author, FENG Yan-hui, E-mail: yhfeng@me.ustb.edu.cn; QIU Lin, E-mail: qiulin@ustb.edu.cn ABSTRACT    In the area of “carbon peaking and carbon neutralization,” changing energy structure from primary energy to new energy is an extremely important issue. Due to the intermittent and fluctuating characteristics of new energy, energy storage technology has proven a viable solution to this issue thus has attracted extensive attention. As a key to energy storage technology, the problem of the low thermal conductivity of phase change materials (PCMs) requires immediate attention. Erythritol is a high enthalpy phase change material commonly used in low-to-medium temperature processes. Its thermal conductivity of only 0.7 W·m–1·K–1 seriously hinders its energy utilization  efficiency  in  practical  application.  In  this  paper,  erythritol  is  the  main  research  focus,  and  single-walled  carbon  nanotubes (CNTs) of ultra-high thermal conductivity are used as thermal conductivity reinforcements. The effects of length, mass fraction, and the distribution  of  CNTs  on  the  thermal  conductivity  of  erythritol/CNT  composite  PCMs  were  studied  by  means  of  molecular  dynamics 收稿日期: 2021−09−14 基金项目: 国家重点研发计划资助项目（2018YFA0702300）；国家自然科学基金资助项目（51876007，51876008）；北京市科技新星计划资助 项目（Z201100006820065）；北京市自然科学基金资助项目（3202020）；北京科技大学青年教师学科交叉研究资助项目（中央高校基本科研 业务费专项资金）（FRF-IDRY-19-004） 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期：1−8，2022 年 X 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 44, No. X: 1−8, X 2022 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.09.14.002; http://cje.ustb.edu.cn