相变材料导热性能强化的研究进展

相变储能复合材料对于缓解能源紧张状况,保护环境和提供舒适健康的生活环境具有积极的意义,在太阳能热发电、工业热利用及余热回收方面有显著优势。但是相变材料本身存在导热性能不高,容易腐蚀容器等问题,所以本文主要综述了相变材料导热性能强化的研究进展。首先介绍相变储能材料的现状以及存在的问题,然后讨论了以金属、陶瓷和碳质纳米材料作为导热强化材料在相变储能复合材料中的研究现状和成果,最后展望了经导热强化后的相变储能复合材料的前景。     

空调蓄冷用相变材料的研究进展

本文综述了空调用相变蓄冷材料的国内外研究进展,简要介绍了相变蓄冷材料的性能要求和基本分类,总结了已有相变蓄冷材料存在的不足,并指出了优化性能的方法,特别是改善无机类材料的过冷、相分离,有机类材料的导热性能差等问题。对比了无机和有机两类材料在相变蓄冷中的优劣,并对今后空调蓄冷用相变材料的发展方向提出了建议。本文侧重强调满足空调蓄冷温区的材料,并针对典型材料展开深入调研和评述,为更好的改善空调蓄冷用相变材料的性能和推动其实际应用提供依据。     

有机相变蓄冷材料的研究进展

本文概述了有机相变蓄冷材料和有机-无机复合相变蓄冷材料的研究进展,探讨了采用公式指导低共融物相变蓄冷材料配比和提高有机相变材料导热能力的方法,介绍了相变材料在太阳能利用、电力的峰谷平衡、空调节能与冷藏运输等方面的应用研究。指出相变材料的性能特性、相变机理、传热理论模型及复合技术是有机相变蓄冷材料研究的重点内容,有机复合相变蓄冷材料是今后有机相变材料的重点发展方向。     

Modeling the Thermal Conductivity of Pure and Mixed Heavy n-Alkanes Suitable for the Design of Phase Change Materials

Recent interest in the use of paraffin waxes is related to energy management provided by phase change materials (PCMs) where a tunable melting temperature range is used to store or release latent heat by means of the solid–liquid phase change. Thermal conductivity is an essential property for the correct design of these new materials, with applications as different as household heating and insulation, clothes for athletes and campers, or solar energy storage. As the interest in most of these heavier n-alkanes was small until recently, the available data are particularly limited. The purpose of this work was to develop a simple and accurate model to estimate the liquid thermal conductivity of heavy n-alkanes suitable for the design of efficient PCMs. Corresponding states theory was selected, based on previous improvements for equilibrium and transport properties of pure and mixed heavy n-alkanes, using a second-order perturbation model on the Pitzer acentric factor. Results for the n-alkane series show that this new model is able to predict thermal conductivities in a broad temperature and pressure range with a deviation of 3%, whereas common deviations using a linear perturbation model are close to 16%. Results for one ternary and five binary mixtures indicate that the extension to mixtures is straightforward with the best results obtained using a mixing rule previously proposed for viscosity.     

金属相变储能与技术的研究与发展

相变储能是有效的储热方式.其中,金属相变储热因吸放热过程中,储能密度大,过冷度小,导热率高,反复相变后长期性能稳定,过程易控制,因而在高温储热方面具有广泛的用途.从金属相变储热材料、传热分析、金属相变材料与容器材料的相容性和应用4个方面,回顾了金属固液相变储热的发展.     

微胶囊相变材料的储能特性分析

以硬脂酸丁酯为囊芯,密胺树脂(MF)和聚酯树脂(PET)为囊壁,合成了两种具有相变储热功能的胶囊.采用扫描电子显微镜(SEM)观察胶囊的形貌,差示扫描量热仪(DSC)研究胶囊的储热性能,发现MF/硬脂酸丁酯微胶囊表面粗糙,储能效果明显,稳定性好.利用MF/硬脂酸丁酯微胶囊制备了具有相变储能功能的建筑材料,微胶囊在水泥和...     

基于孔尺度的泡沫金属强化相变储热材料传热性能数值模拟

导热系数低是影响相变储热材料应用的主要难题之一,而泡沫金属具有高热导率、高孔隙率以及高比表面积等特性,在相变材料中添加泡沫金属可实现强化传热。该文基于泡沫金属基3D微观结构W-P模型,重点分析了泡沫金属基复合相变材料有效导热系数与泡沫金属孔隙率以及孔径的关系,采用数值模拟方法利用该模型预测并验证了泡沫铝6101添加空气与水的有效导热系数,研究结果表明该模型能够精确预测泡沫金属材料有效导热系数,在此基础上预测了石蜡中添加泡沫铜的有效导热系数,结果表明,泡沫金属可以显著提高相变材料的导热系数,当泡沫铜的孔隙率为97.57%时,复合相变材料的导热系数与纯石蜡相比提高了13倍。研究结果对于相变储热材料的热物性强化研究具有一定参考价值。     

Thermal Conductivity during Phase Transitions

Thermal conductivity is a very basic property that determines how fast a material conducts heat, which plays an important and sometimes a dominant role in many fields. However, because materials with phase transitions have been widely used recently, understanding and measuring temperature‐dependent thermal conductivity during phase transitions are important and sometimes even questionable. Here, the thermal transport equation is corrected by including heat absorption due to phase transitions to reveal how a phase transition affects the measured thermal conductivity. In addition to the enhanced heat capacity that is well known, it is found that thermal diffusivity can be abnormally lowered from the true value, which is also dependent on the speed of phase transitions. The extraction of the true thermal conductivity requires removing the contributions from both altered heat capacity and thermal diffusivity during phase transitions, which is well demonstrated in four selected kinds of phase transition materials (Cu₂Se, Cu₂S, Ag₂S, and Ag₂Se) in experiment. This study also explains the lowered abnormal thermal diffusivity during phase transitions in other materials and thus provides a novel strategy to engineer thermal conductivity for various applications.     

相变材料热物性测试方法

相变材料是一种新型储能材料，其热学性质是决定相变材料应用领域和应用效果的关键因素。目前其测试方法还没有相关国家和国际标准。比较通用的方法是差示扫描量热法（DSC）和调制式扫描量热法（MDSC）。其他较有影响力的方法有参比温度曲线法和蓄冷材料测试方法。详细分析了各方法的测试原理和优缺点，并结合自己的实验对DSC测试中的各种影响因素作了详细分析，最后为相变材料测试方法的标准化提出了几点建议。     

有机相变储热材料的研究进展

概括和评述了有机相变储热材料和有机复合相变储热材料应用于热能储存的研究进展,讨论了各类材料的优缺点。指出,有机复合相变储热材料是今后有机相变材料重点发展的方向,提高传热能力、建立适当的储热模型、加强使用性能及相变材料和载体之间相互作用等的研究是有机复合储热材料今后应重点解决的问题。     

具有低热导率的Skutterudite类新型热电材料

结合声子散射机制介绍了近来报道的几种降低skutterudite类热电材料热导率的途径，为研究和发展skutterudite类热电材料提供一些思路和方法。     

冰生消过程体系导热系数动态变化特性

本文利用基于瞬变平面热源技术的Hot Disk热常数分析仪研究了冰生消过程中导热系数的变化规律。根据体系状态的变化,冰的生消过程可以分为5个阶段:未结冰过程(纯水)、结冰过程(冰水混合)、纯冰过程、融冰过程(冰水混合)、完全融解(纯水)。实验温度从10.3℃降至-11.0℃,然后再升至10.3℃,5个阶段中测得的导热系数分别为0.592~0.669 W/(m·K)、0.603~2.284 W/(m·K)、2.019~3.106 W/(m·K)、0.611~1.945 W/(m·K)和0.596~0.598 W/(m·K)。结果表明:水结冰融冰过程中,体系导热系数发生动态变化,并且体系导热系数值可能不是纯冰或冰水混合物的导热系数;当温度接近冰点时,水或冰的结构可能改变,导致体系导热系数突变。由于冰和水的密度不同,在结冰融冰过程中体系局部微环境的冰水两相可能存在微弱的自然对流,进而影响体系的导热系数。在实际生产活动中冰的生消过程一般接连发生,考虑体系导热系数动态变化的因素,可以避免热平衡失调影响生物环境或涉冰构筑物结构性能。     

铝基合金相变储热材料的研究现状与发展趋势

铝基合金相变储热材料具有导热系数大、热稳定较好、相变体积变化小、储热密度较大等优点,在高温储热应用方面具有很大优势.总结了铝基合金相变储热材料在储热性能、储热基础理论、容器相容性、铁基容器腐蚀机理和防护措施等方面的研究现状和发展趋势,指出了其中存在的一些不足,展望了今后的研究和发展方向.     

一种新型高储能密度定形相变材料

采用山梨醇和对甲基苯甲醛合成了1,3∶2,4-二(4-甲基苯甲醛)山梨醇(MDBS),并将其作为石蜡类定形复合相变材料(PCM)的凝胶因子,然后以利用凝胶因子形成的三维网络结构作为石蜡的支撑材料,制备了一系列高储能密度的定形复合相变材料。对其进行凝胶解缔温度测试和泄漏量测试发现,添加一定量MDBS制备定形复合相变材料,可使定形复合相变材料中主储能材料——石蜡的含量大幅提高到90%以上,同时也为复合定形相变材料的开发提供了一条新的研究思路。     

聚乙二醇/不饱和聚酯树脂复合相变储热材料的性能

以聚乙二醇(PEG)为相变材料,不饱和聚酯树脂(UPR)为定形载体,采用熔融共混法制备PEG/UPR定形相变材料(PEG/UPR SS-PCMs)。运用差示扫描量热分析、热重分析、X射线衍射、红外光谱手段分别对SS-PCMs的热性能、热稳定性、化学结构、SS-PCMs中各个组分之间的物理化学作用、结晶性能等进行表征。结果表明,SS-PCMs中PEG的端羟基与UPR或其固化物中的C=C双键、端羟基或端羧基分别发生加成反应及分子间脱水反应,生成醚或酯,两者之间的化学作用力较强,束缚着PEG的自由运动,呈现出不同于自由态下的固-固相变行为,故不同PEG掺量的SS-PCMs的相变温度(60℃左右)均较纯PEG的高,相变焓(80.1~133.7 J/g)较理论相变焓低9.1%~17.4%;PEG中间链节为能够自由运动的醚基,且端羟基比例小,故SS-PCMs中PEG链段大部分能够结晶且发挥相变行为,结晶性能稳定;SS-PCMs在温度低于382.6℃时,无热降解现象,热稳定性好。     

制冷系统热回收装置相变材料的分析研究

分析了相变材料特性,并找出了适用子制冷系统热回收装置的相变材料,通过对热物性和工作性能的研究,选取Fecl3·6H2O为本装置的相交蓄能材料,同时建立蓄热体的物理模型及模拟简化模型,在自然对流的影响下,模拟相变材料的蓄、放热特性,找出固——液界面、温度场、速度场、液相比例、传热系数、热流密度、监测点的温度等随时间的变化规律,为制冷系统热回收装置的设计提供了理论依据。     

具有多孔基体复合相变储能材料研究

本文提出了研制一种具有多孔基体的复合相变储能材料，通过实验分析了该储能材料的融解温度、融解热、热稳定性及微相结构等性能。该储能材料是由两种有机相变材料组成，通过物理吸附的方法将其复合在多孔基体材料中。在热分析中，用示差扫描量热仪(DSC)来测定储能材料的融点、融解热，用热重分析仪(TGA)测定其热稳定性，并用扫描电镜(SEM)观测了该储能材料的微相结构。测试结果表明该储能材料具有较高的相变潜热和较好的热稳定性，可被应用于储能和热能回收系统中。     

正十八烷/凹凸棒土复合相变储能材料的制备及热性能研究

以正十八烷为相变材料,凹凸棒土为支撑基体,通过真空浸渍法将相变材料有效地吸附固定于凹凸棒土的孔道结构中,制备出结构稳定、热性能稳定的新型正十八烷/凹凸棒土复合相变储能材料。由凹凸棒土N2吸附试验和SEM图片可以发现凹凸棒土疏松多孔、比表面积大,从而能有效吸附正十八烷相变材料。对制备的新型复合相变储能材料进行DSC测试,并进一步对其进行20次DSC冷热循环测试,样品的相变温度及相变潜热基本保持不变,说明其具有优异的相变蓄热特性和热循环稳定性,具有较好的应用前景。     

探针法测量低温下食品导热系数研究

在分析了探针法测量原理的基础上,用探针法对低温下食品材料的导热系数进行了测量研究。实验表明探针在用甘油和蒸馏水进行标定后,可以方便准确地测量不同水分的土豆在25℃-50℃温度范围内的导热系数。