水合硝酸锰复合果壳多孔碳的相变热储能研究

开发具有较高潜热的蓄热型相变材料可以满足工程热能管理应用和建筑节能的需求,而且充分利用材料的相变潜热储能有助于缓解全球传统能源不足的问题。文章采用真空浸渍法,制备水合硝酸锰(Mn(NO_3)_2·6H_2O)/果壳多孔碳基复合相变材料,通过多种测试技术手段对其微观结构和热性能进行了分析,并研究了相变材料在多孔碳中的相变行为和热储能机制。结果表明:摩尔浓度为1.67 mol/L的复合相变材料MNCPCM-2具有均匀的Mn(NO_3)_2·6H_2O颗粒分布和较大的比表面积,其熔化相变温度T_m、相变潜热焓ΔH_1分别为27.6℃和173.6 kJ/kg,存储效率为95.7%;经过1 000次热循环,其熔化相变温度提高了13.0%,相变潜热焓降低了20.6%,最小存储效率为92.1%,且过冷度和失重较小,具有优良的相变储热和热稳定性及较好的热循环性能。     

碳纳米管对有机相变储能材料的影响

在月桂酸和十四醇中分别加入多壁碳纳米管制备复合相变储能材料,采用傅里叶红外光谱仪表征材料的化学成分,采用扫描电子显微镜观察材料的表面形态,采用差示扫描热量仪测量材料的相变潜热和相变温度.研究表明,碳纳米管与这些相变材料以部分共价键的方式复合,均匀地分散于储能材料中.碳纳米管对相变材料相变温度和相变潜热均产生影响,碳纳米管含量越高,复合材料的熔程越窄,相变潜热越大,对相变温度的反映程度升高.采用该实验方法制备的复合材料表现出良好的储能稳定性,可用于储能材料工程的设计.     

相变储能材料溶胶-凝胶复合法研究

提出一种采用溶胶-凝胶法对相变储能材料进行复合的制备方法.在模拟环境中,重点研究了制备工艺各因素如陈化时间、陈化温度、相变材料用量、分散剂用量和超声波分散时间等对复合相变材料的影响.研究表明:当相变材料加入量为14 g、陈化温度为80℃、陈化时间为4 min、分散剂用量为1.5 g和超声波分散时间为10 min时,制备出的储能复合相变材料具有极好的热性能,达到了储能效果.     

新型Na2SO4·10H2O相变储能体系的制备

目的 为有效降低空调冷却水系统温度,制备出一种适用于空调冷却水池的相变储能体系.方法 在Na2SO4·10H2O中添加不同比例的添加剂进行测试,优选最佳配比;通过步冷曲线法测试相变材料的过冷度;应用DSC差示扫描量热法测试相变材料的相变温度和相变焓值.结果 通过优选测试,制备的以Na2SO4·10H2O为主体的相变储能体系,其熔点为26℃～28℃(峰值32℃),相变潜热值为134 J/g,满足作为空调冷却水冷源的使用要求.结论 新型相变储能体系改善了无机水合盐过冷度大和相液分离的问题,并降低了相变温度,相变温度范围适宜,相变潜热值较大.     

Mg-Zn-Sn 合金相变储热性能

利用真空快速磁感应加热炉制备Mg-Zn-Sn合金相变储能材料。采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、差式扫描热分析仪(DSC)等分析技术研究了4种不同配比Mg-Zn-Sn合金相变储能材料的微观结构和储热性能。结果表明:4种储热材料的相变温度在320～370?C之间,相变潜热随成分Zn和Sn的增加而增加,其中Mg-35Zn-35Sn(质量分数)合金相变潜热最高,为79.54 J/g。结合微观结构和相变潜热分析发现,在合金制备过程中,Mg和Zn形成金属化合物Mg2Sn,不利于合金材料的相变储能;合金材料在升温相变储能过程中,材料不会损耗。     

Al-34%Mg-6%Zn和Al-28%Mg-14%Zn合金的热分析研究

利用差示扫描量热仪(DSC)和H-90型膨胀仪,对潜热储能材料A l-34%Mg-6%Zn和A l-28%Mg-14%Zn合金的热物性参数进行了测定,如固、液态时的比热容,30~500℃间的质量密度,熔化温度和熔化潜热等.测试结果表明,两种合金的熔化温度和熔化潜热分别为454℃、447℃和314.4 kJ/kg、303.2 kJ/kg.从室温加热到熔化温度时,两种合金的密度分别减少1.05%和1.09%.在相变之前,两种合金的比热容随温度的升高而增大,在445℃时,分别为1 368.5 J.kg-1.k-1、1 203.6 J.kg-1.K-1.在相变过程中,由于熔化潜热的原因,合金的比热容变化很大.从理论计算值的比较和误差分析来看,上述热物性参数的测试结果是可信的.本文还对合金组元和相对热物性参数的影响进行了讨论.     

Role of Composite Phase Change Material on the Thermal Performance of a Latent Heat Storage System: Experimental Investigation

复合相变材料对潜热储能系统中热性能作用的实验研究

Jasim Abdulateef¹, Ahmed F. Hasan^2*,Mustafa S. Mahdi²

（1. 迪亚拉大学 机械工程系,巴古拜 32001,伊拉克;2.迪亚拉大学 化学工程系,巴古拜 32001,伊拉克）

摘要：

石蜡是可用于潜热储能系统单元（LHSU）的理想的相变材料（PCM）。这种潜热储能单元的使用因相变材料导热性差而受到限制。本文采用铝和相变材料制成的金属泡沫生产复合相变材料,以此作为相变材料-潜热储能单元中的导热材料,并使用水作为传热流体（HTF）。通过实验,评估了使用纯相变材料和复合相变材料的潜热储能单元的传热特性。研究包括熔化和凝固过程中相变材料的时变可视化。此外,热存储室内放置一个热电偶网络,记录每个过程的温度分布。结果表明,复合相变材料-潜热储能单元在熔化和凝固过程中均表现出较好的性能。由于金属泡沫的作用,复合相变材料-潜热储能单元的熔化时间比简单的相变材料-潜热储能单元快83%左右,凝固时间减少85%左右。

关键词：相变材料;金属泡沫;潜热;复合相变材料

     

制备工艺对SA/ATTP复合储热材料结构和性能的影响

以硬脂酸为相变材料,以甘肃临泽工业级凹凸棒石为载体,采用热熔法和溶液浸渍法制备了2种硬脂酸/凹凸棒石复合相变储热材料,采用FTIR、XRD、DSC和SEM等手段进行了结构表征和性能测试。结构分析结果表明制备方法对材料的结构和形貌不会产生影响,2种材料具有相似的形貌和结构,SA分别以38.64%和29.13%的比例以物理作用吸附于ATTP表面。性能分析结果表明热熔法和浸渍法制备的复合储热材料其相变温度峰值分别为57.3℃和55.2℃,相变潜热分别为68.71J/g和51.79J/g,均具有较好的储热能力和化学稳定性,且储热能力和SA在ATTP表面的吸附率成正比,但热循环实验表明浸渍法制备的复合材料的热稳定性较差。结合储热性能、储热稳定性和化学稳定性的研究,证明熔融法更适合于制备建筑智能调温和建筑节能相变复合材料。     

石墨填充复合相变储能材料导热性能和稳定性能研究

以三水醋酸钠作为储能单元、环氧树脂为载体制得复合相变储能材料,它在熔点温度时表现出很强的稳定性和储能效果.通过向复合相变储能材料中添加导热率高的且具有多孔吸附性的膨胀石墨,可进一步提高导热性能和密封性能.结果表明,当三水醋酸钠质量分数为60％,膨胀石墨为5％时,相变储能材料相变焓为148.5 J/g,导热率为0.891 W/(m℃),且稳定性良好.     

膨胀珍珠岩/有机羧酸复合相变储能材料试验研究

用膨胀珍珠岩多孔基体与有机羧酸进行物理复合,制备建筑储能材料,通过SEM分析了复合储能材料的微观结构,通过DSC测试其相变温度、相变焓.结果表明:辛酸、月桂酸和豆蔻酸与膨胀珍珠岩的最佳吸附量约为55%、45%、40%,膨胀珍珠岩/辛酸复合相变储能材料有合适的相变温度,膨胀珍珠岩/豆蔻酸复合储能材料有较高的相变焓.     

影响多孔定型相变储能材料性能的因素分析

太阳能作为一种可再生能源, 因其在解决日益增长的能源需求和温室气体排放方面的巨大潜力受到越来越多的关注。然而, 太阳自身的间歇性和随机性大大限制了太阳能的转换和储存效率。近年来, 基于固-液相变储能 材料的潜热储存系统, 由于具有高储热密度和出色的化学稳定性, 有望成为提高太阳能吸收和转换的合适方法。但固-液相变储能材料在实际应用中常受到自身相分离、换热速率低、过冷、熔融状态泄漏、性能不稳定等限制。其 中一种解决方法是将多孔载体与固-液相变储能材料相结合来制备多孔定型相变储能材料。介绍了相变储能材料的储能机理和传热强化机理, 系统分析了多孔载体材料的种类、制备方法对多孔定型相变储能材料的影响及其潜 在应用。     

不同碟式直接蒸汽热发电蓄热系统的性能分析

针对碟式太阳能斯特林热发电系统不具备储热功能而无法连续稳定发电的问题,提出了带蓄热的碟式直接蒸汽热发电系统。以25kW·h发电功率和8h蓄热时间为约束,设计了双罐间接蓄热、单罐斜温层蓄热2种显热蓄热系统以及双罐-潜热蓄热和单罐-潜热蓄热2种多级蓄热系统。以传热学、热力学和经济学原理为基础,对4种蓄热系统的热力学性能和经济性进行了对比分析。结果表明:双罐-潜热蓄热系统的蓄热性能最佳,系统[火用]效率为77.67%;单罐-潜热蓄热系统次之,其系统[火用]效率为61.69%;双罐蓄热系统和单罐斜温层蓄热系统的蓄热性能较差,其系统[火用]效率分别为40.96%和32.83%。在经济性方面,双罐蓄热系统成本最高,单罐斜温层蓄热系统次之,双罐-潜热蓄热系统和单罐-潜热蓄热系统成本较低。综合热力学性能和经济性能,推荐碟式直接蒸汽热发电系统采用双罐-潜热蓄热作为蓄热方式。     

镁橄榄石质隔热材料的制备及其性能研究

以天然镁橄榄石和NaCl为原料,采用熔盐法制备镁橄榄石质隔热材料。研究不同熔盐配比和烧结温度对材料显气孔率、体积密度和耐压强度的影响,并利用X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）对其相组成及微观形貌进行表征。结果表明,熔融的NaCl提供了液相环境,促进了镁橄榄石的烧结,经过水溶液处理后,NaCl溶于水中,其占据的空间形成了气孔;烧结温度为1 100℃,熔盐含量为50%时,制得的隔热材料有较低的体积密度、较高的显气孔率和耐压强度,气孔分布更均匀,材料的隔热性能较佳。     

蓄能供热型太阳能集热器结构优化

提出一种蓄能供热型太阳能集热器,将太阳能真空集热管、重力热管蒸发段、热泵蒸发器和相变材料集于一体,可有效克服太阳辐射波动性影响,结构紧凑,集热效率高. 利用FLUENT软件模拟研究蓄能供热型太阳能集热器内相变材料的蓄放热特性. 对比分析集热器内不同结构:重力热管蒸发段和蒸发器管路采用并排布置或三角布置时相变材料的温度场和速度场,结果表明,并排布置方式优于三角布置方式,相变材料完全熔化时间可缩短22.6%,完全熔化时相变材料储存的热量更多. 研究集热器倾斜角度对相变材料蓄热/释热过程的影响,结果表明,蓄热过程倾斜放置比竖直放置时相变材料的完全熔化时间缩短了约28%,而释热过程完全熔化时间不受倾斜角度的影响. 最后研究了相变材料的相变温度和相变潜热对相变过程的影响,结果表明,在能够满足相变材料蓄热所需的相变温度范围内,应选取相变温度较低、相变潜热较大的相变材料.     

硬脂酸-月桂酸二元复合相变材料

以硬脂酸(SA)、月桂酸(LA)为原料,通过熔融共混法制备了二元脂肪酸相变材料。采用红外光谱(FTIR)、偏光显微镜(POM)、差示扫描量热仪(DSC)及温度记录仪分别表征了共混相变材料的结构、结晶形态、相变温度和焓值以及保温性能。FTIR表明共混相变材料中硬脂酸与月桂酸通过分子间作用力结合在一起;POM表明SA与LA在共混物中形成共晶结构,且随SA/LA质量配比的减小,结晶半径减小;DSC表明共混相变材料的结晶焓达到200J/g,随SA/LA质量配比的减小结晶温度先降低后升高,表现出低共熔物特征;步冷曲线表明,随SA/LA质量配比的减小,平台温度先降低后升高,且当SA/LA质量比为1/2时,温度平台为30.9℃,保温时间为25min,约为纯硬脂酸或月桂酸保温时间的2倍。     

蓄能型太阳能热泵系统中复合材料蓄热过程研究

设计了一种分季节蓄能型太阳能热泵热水系统,集太阳能集热容器、相变储能容器、热管于一体,利用Fluent软件对蓄能型太阳能集热器开展了数值模拟,使用Solidification/Melting和VOF模型模拟癸酸/62#石蜡复合相变材料蓄热过程,并采用Boussinesq近似法考虑了自然对流的影响. 结果表明,在集热器内只充灌单一相变材料不能满足不同季节蓄能型热泵系统的供热水需求. 由癸酸和62#石蜡组成的复合相变材料在蓄能过程中出现了两个相变温度,分别在32.66 ℃和59.45 ℃,可以满足本系统不同季节的蓄热需求. 蓄热过程中,由于癸酸和62#石蜡本身密度差以及浮升力的影响,真空管纵向截面出现了温度分层现象. 结果可为复合相变储能材料的推广应用提供可靠的理论依据.     

太阳能蓄能通风系统理论模型

建立一个太阳能蓄能通风系统的理论模型,以计算该系统白天蓄热量和夜间通风量.以昆明市气象参数为依据,分析了采用相变材料的相变温度分别为38、44、50、63℃时,该系统通风量与烟囱倾角的变化关系.计算结果表明,对于不同相变材料,无论在何倾角下,他们的蓄热量大小趋势都是一致的,即相变温度越高,蓄热量越小.综合考虑通风量和通风时长2种因素,系统最佳倾角应该为45°,而最佳相变材料应为38℃十四烷酰.