脂肪酸类混合物热物性的理论预测及实验研究

以癸酸、硬脂酸、肉豆蔻酸和棕榈酸有机相变材料两两混合制成脂肪酸二元混合物为研究对象,选取理论计算公式,对不同配合比的脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热进行理论预测,并对脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热进行测试分析研究,将实验值与理论值进行对比,旨在证明所选取的理论计算公式应用于脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热的预测是可行的。研究结果表明,脂肪酸二元混合物相变温度的实验值与理论值偏差较小,总体偏差均小于4.64℃,实验值与理论值吻合良好;相变潜实验值与理论值对比,除了硬脂酸/棕榈酸混合物个别条件下实验值与理论值偏差稍大为39.28J/g,其他混合物基本偏差不超过11.54J/g;理论计算公式用于脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热的理论预测是可行的。     

脂肪酸三元低共熔混合物相变温度和潜热的理论预测

对脂肪酸低共熔混合物相变温度和潜热的理论预测公式进行了选择和实验验证,通过DSC实验测试月桂酸-肉豆蔻酸二元低共熔混合物、月桂酸-肉豆蔻酸-棕榈酸三元低共熔混合物的热物性参数,发现理论预测公式对低共熔质量配比和相变温度的预测与实验结果吻合较好,可以用于计算脂肪酸类低共熔混合物的热特性参数。在此基础上对10种脂肪酸三元低共熔混合物的质量配比、相变温度和潜热进行了预测计算,这10种脂肪酸三元相变温度范围为16.12～38.86℃,相变潜热范围为154.99～177.39J/g。脂肪酸三元低共熔混合物的研究丰富了脂肪酸的相变温度和相变潜热范围,为脂肪酸类相变材料的工程应用提供了更广阔的空间。     

低温复合相变材料正辛酸-癸酸的制备及性能分析

将正辛酸(OA)与癸酸(CA)按比例混合制备二元复合相变材料OA-CA,用于相变温度2～8℃的医药冷藏运输系统中。首先通过理论计算预测了二元混合物的共晶点,确定它的共晶点比例、相变温度及潜热值,然后围绕共晶点比例配制6种不同比例的混合物。结果表明:OA-CA的过冷度为0.4℃、共晶点质量比为71∶29、相变温度为1.7℃、相变潜热为122.1J/g、热导率为0.3231W/(m·K)。对OA-CA低温复合相变材料进行100次循环蓄放冷实验,发现其相变温度、潜热值、热导率均未发生明显变化。     

冷链物流中二元有机相变储能材料的制备与热物性能

有机相变储能材料相变潜热高、化学性质稳定、无过冷度和相分离现象。通过对正癸酸、月桂酸甲酯、正癸醇、月桂酸及十四烷进行热力学分析并进行两两复配,得到正癸酸-月桂酸甲酯(摩尔比为30∶70)、正癸酸-正癸醇(摩尔比为36∶64)及月桂酸-十四烷(摩尔比为21∶79)三种二元有机复配物,其相变温度均在0～5℃且相变焓较高。利用聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)凝胶对二元有机复配物分别吸附,得到一类适用于果品保质包装与物流技术的相变储能材料;并在凝胶制备过程中加入聚乙二醇1000 (PEG1000)致孔剂,可有效提高凝胶在二元有机复配物的溶胀度。结果表明,PNIPAM-40%PEG1000/正癸酸-月桂酸甲酯相变储能材料的相变温度为3.2℃,相变潜热为188.10 J/g;PNIPAM-40%PEG1000/正癸酸-正癸醇相变储能材料的相变温度为1.2℃,相变潜热为177.74 J/g;PNIPAM-40%PEG1000/月桂酸-十四烷相变储能材料的相变温度为4.2℃,相变潜热为206.17 J/g。     

工业石蜡和脂肪酸二元混合物储热性能研究

以工业石蜡和脂肪酸二元混合物为研究对象,通过差示扫描量热仪研究其相变温度、相变潜热以及过冷度,旨在降低单纯脂肪酸作为相变材料的应用成本,并拓宽相变温度范围,增加相变潜热值。研究结果表明:相比于单一脂肪酸,石蜡-癸酸和石蜡-月桂酸二元混合物降低了相变温度且提高了相变潜热,适合围护结构储能。石蜡-肉豆蔻酸、石蜡-硬脂酸、石蜡-棕榈酸混合物的相变温度虽然在某些配合比条件下比单一脂肪酸的相变温度低,但仍在40℃以上,不适合应用在围护结构储能中,可用在余热回收用相变换热器等其他节能系统。石蜡-癸酸和石蜡-月桂酸二元混合物的过冷度较小,是围护结构储能的理想材料。     

脂肪酸二元混合物储热性能的实验研究

选取癸酸、硬脂酸、月桂酸、棕榈酸和肉豆蔻酸5种脂肪酸按预先设定的比例混合配制脂肪酸二元混合物,利用差示扫描量热仪测试混合物的相变温度和相变潜热,以寻找具有合适的相变温度、较大的相变潜热,能用于相变围护结构的脂肪酸混合物。结果显示:脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热相比单一组分的值有所降低;含葵酸的二元脂肪酸混合物的相变温度较低,范围大致为20~30℃,且相变潜热也较大,是用于墙体储能的理想相变材料;其他脂肪酸组成的二元混合物相变温度较高,不符合墙体储能的温度要求。     

无机水合盐混合物的热物性研究

制备了54种二元混合无机水合盐试样,通过差式扫描量热仪测得重结晶试样的相变温度和相变潜热。结果表明:十水硫酸钠和十水碳酸钠不同配比的无机水合盐混合物,潜热值均低于其组分各自的潜热值,并且有些配比存在严重的过冷和相分离问题;当试样中含有七水硫酸镁时,不能和其他无机水合盐形成良好的二元共晶体,潜热值很低;三水醋酸钠中加入少量的十水碳酸钠可以大幅度地改善三水醋酸钠的过冷问题,相变潜热仍维持在较高值;十水硫酸钠和三水醋酸钠以5∶5的配比制备的二元混合无机水合盐潜热值达297.9J/g,若再加入适当的添加剂可进一步改善其过冷度和相分离问题,可以成为优良的相变材料,应用于相变换热器领域。     

脂肪酸二元低共熔混合物相变温度和潜热的理论预测

对低共熔混合物相变温度和潜热的理论预测公式进行了选择和验证,对脂肪酸类二元低共熔混合物的配比、熔点和熔化潜热进行了理论计算。从实际的计算过程来看,计算值与实验值吻合得很好,可以用来计算脂肪酸类低共熔混合物的热特性参数。在15种脂肪酸类低共熔混合物中,熔点最低为10.2℃,最高为51.5℃;熔化潜热最低为138.6J/g,最高为187.5J/g。从工程实际应用来看,脂肪酸类低共熔混合物适用于低温采暖、生活热水、相变墙体、温控混凝土、相变服装等领域。     

纳米金属粒子强化正十八烷相变传热性能的实验研究

对正十八烷中分别添加纳米Cu粒子、纳米Al粒子及纳米Fe2O3粒子的复合相变材料的传热性能进行了实验研究。采用热针法分别对正十八烷及其与纳米金属粒子的复合相变材料的固态体系、液态体系的导热系数进行了实验研究,结果表明:在正十八烷中添加纳米金属粒子后,纳米金属粒子/正十八烷复合相变材料固、液态体系的导热系数随着纳米金属粒子质量分数的增加而显著提高,且纳米Al粒子/正十八烷复合相变材料导热系数的提高较其他两者更为明显。采用DSC对正十八烷及添加了不同质量分数的纳米金属粒子/正十八烷复合相变材料的相变潜热及相变温度进行了实验研究,结果表明:纳米金属粒子/正十八烷复合相变材料的相变潜热比纯正十八烷材料略低,且随纳米金属粒子质量分数的增大逐渐减小,但其相变温度变化不大。     

癸酸与棕榈酸低共熔混合物的制备与热特性分析

在实验测得单一物质熔点和熔化潜热的基础上,利用低共熔混合物配比计算公式对癸酸和棕榈酸低共熔混合物的配比、熔点和熔化潜热进行了理论预测,以指导DSC测试,并对低共熔混合物进行了红外光谱试验,以判断是否有新相生成.实验结果表明,癸酸的熔点和熔化潜热分别为29.85℃和150.32J/g,棕榈酸的熔点和熔化潜热分别为62.13℃和210.13J/g.低共熔混合物的理论配比为85.7:14.3(质量比),相变温度为26.74℃,相变潜热为152.74J/g.低共熔混合物的配比为86.1:13.9(质量比),相变温度为25.39℃,相变潜热为153.58J/g,与理论计算结果较吻合.红外光谱试验结果表明,癸酸和棕榈酸混合物中没有新相生成.     

十八烷/膨润土复合相变储热材料的制备及性能研究

以十八烷为相变材料,膨润土为支撑结构,采用"微波法"与"熔融插层法"相结合制备了十八烷/膨润土复合相变储热材料.采用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)及偏光显微镜(POM)对复合相变储热材料的结构与性能进行了表征.结果表明,十八烷进入膨润土纳米层间导致层间距扩大;复合相变储热材料的相变温度为27.03℃,与十八烷一致;相变潜热为67.22J/g,与质量分数为33.33%的十八烷的相变潜热相当;在发生固-液相变时没有液态十八烷析出.500次加热/冷却循环后,复合相变储热材料的层间距及相变温度没有明显变化,相变潜热减少约3%,证明复合相变储热材料具有良好的结构与性能稳定性.     

正癸酸/十八醇二元相变材料的热性能研究

有机固液相变材料在相态变化时能够释放或吸收大量的潜热,将其应用在建筑中能减少室内温度波动,提升室内热舒适性,降低建筑能耗。采用熔融共混法制备正癸酸(CA)/十八醇(OD)二元复合相变材料,通过理论预测法与步冷曲线法确定二元低共熔混合物最佳质量配比为m_CA∶m_OD=85∶15。通过差示扫描量热法、蓄放热实验、热重分析、傅里叶红外光谱仪对CA/OD的热性能、循环热稳定性、耐热性及结构特征进行了分析。CA/OD低共熔混合物的熔化和凝固温度分别为27.95和25.42℃,熔化和凝固潜热分别为154.2 J/g和157.0 J/g,在300次蓄放热循环过程中热性能变化小,热循环稳定性较好,蓄热控温性能良好。热重分析表明CA/OD二元低共熔混合物在125.7℃以下没有热失重现象,耐热性能好。傅里叶变换红外光谱证实CA与OD是通过物理作用相结合,二元低共熔混合物中没有新物质产生。综合结果表明,该CA/OD二元复合相变材料适合在室温附近24～30℃区间使用,基本满足人体舒适温度范围,在日常热环境下循环耐用性强,为建筑节能材料提供了新的选择。     

癸酸-正辛酸低温相变材料的制备和循环性能

本文研制了一种用于相变温度在0~5℃的冷藏运输系统的二元有机复合相变蓄冷材料。该材料由癸酸和辛酸按比例混合经超声波振荡后制得,质量配比为30∶70。通过步冷曲线法测定了不同质量配比的癸酸-正辛酸溶液的相变温度,利用相图确定了二元低共熔共晶点,此时的质量配比为30∶70。经差示扫描量热仪(DSC)测得共晶溶液的相变温度为1.5℃,相变潜热为120.6 J/g。癸酸-正辛酸共晶混合物经过30次、60次结晶与熔化循环后,相变温度、相变潜热均未发生明显变化。测试结果表明,该相变蓄冷材料具有合适的相变温度、较高的相变潜热和良好的循环热稳定性,在蓄冷系统尤其是冷藏运输系统中有着很大的应用潜力。     

氯化盐混合物的配制及热物性研究

选取NaCl、KCl和LiCl 3种熔盐,采用静态熔融法配制了9种二元混合氯盐和36种三元混合氯盐,分别对其相变温度及相变潜热进行实验研究。结果表明:二元混合氯化盐的相变温度在340℃左右,当KCl与LiCl的质量比为1∶1时,相变潜热最大为219.9J/g;三元混合氯化盐相变温度在350℃左右,当NaCl、KCl与LiCl的质量比为1∶5∶4时相变潜热最大为189.4J/g。对2种优选出的混合氯化盐进行5次连续加热与冷却实验,研究表明2种混合氯盐都具有良好的热稳定性。研究结果可为氯化盐混合物在太阳能储能领域的使用提供参考和依据。     

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。     

铜纳米粒子强化正十八烷相变传热性能的实验研究

针对纯石蜡(正十八烷)作为固-液相变储能材料存在导热系数小、传热性能差的缺点,采用两步法制备了铜纳米粒子质量分数分别为0%、0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%的铜纳米粒子/正十八烷复合相变材料,并对其热物性进行了实验研究。采用瞬态热针法测量复合相变材料的导热系数。实验结果表明,铜纳米粒子可有效提高正十八烷的导热系数。利用DSC对铜纳米粒子/正十八烷复合相变材料进行热分析,结果表明,体系中添加铜纳米粒子后正十八烷的相变温度变化很小,而体系的相变潜热随铜纳米粒子质量分数的增加而逐渐减小,但减小幅度不大,因此铜纳米粒子的加入对正十八烷的蓄热能力影响较小。另外,对铜纳米粒子质量分数为1%的铜纳米粒子/正十八烷复合相变材料的热稳定性进行研究,结果表明其具有良好的热稳定性。     

微胶囊相变蓄冷材料的制备及其性能研究

阐述了微胶囊相变蓄冷材料的制备方法及其性能。采用复合凝聚法制备了微胶囊相变蓄冷材料。用明胶和阿拉伯胶作囊材、十四烷作芯材,使用示差扫描量热仪(DSC)来测定蓄冷材料的熔化温度、熔化潜热、凝固温度、凝固潜热,用热重分析仪(TG)测定其热稳定性,并用扫描电镜(SEM)观测了材料的微相结构。测试结果表明,该相变蓄冷材料具有较高的相变潜热和较好的热稳定性,可用作空调的蓄冷材料。     

十四烷微胶囊的制备及性能研究

为解决低温相变材料稳定性不好和易泄露等问题,采用原位聚合法制备了一系列以十四烷为芯材,脲醛树脂为壁材的低温相变微胶囊。探究了乳化剂种类、HLB值、预聚体水量和初始pH值等因素对微胶囊制备的影响,采用SEM、FT-IR、DSC和马尔文激光粒度仪对微胶囊的形貌、化学构成、热力学性质和粒径进行测试分析。实验结果表明,以Span80-Tween80复配乳化剂制备得到的微胶囊,形貌光滑且呈球形,粒径分布均匀,相变温度为3.05℃,相变潜热达到60 J/g,平均粒径为8.4μm。芯材和壁材仅为简单的物理嵌合,具有良好的储热性能和热稳定性。     

肉豆蔻酸-十四醇二元复合相变材料的相变特性研究

以肉豆蔻酸(MA)和十四醇(TD)为原料,采用熔融共混法制备了MA-TD二元复合相变材料,利用步冷曲线法测定不同质量比的MA-TD复合相变材料的结晶温度,绘制相图获得二元体系低共晶点,确定了MA-TD共晶混合物的质量比为36∶64,其结晶温度为32.7℃。差示扫描量热测试结果表明MA-TD共晶混合物的相变潜热为227.08kJ/kg。傅里叶变换红外光谱测试表明,复合相变材料中MA和TD的分子结构未发生变化,两者为物理复合。经过500次0～60℃冷热循环,MA-TD二元复合相变材料的相变温度基本不变,说明该复合相变材料的热稳定性较好。     

石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料的储热性能研究

由二元相图确定出石蜡-硬脂酸二元低共熔物的质量配比为m(石蜡)∶m(硬脂酸)=17∶8,按上述配比通过熔融共混法制备出石蜡-硬脂酸复合相变材料,将石蜡-硬脂酸复合相变材料与石墨通过熔融共混法制备出石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料,通过储/放热实验和差示扫描量热法(DSC)对石蜡-硬脂酸和石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料的热性能进行了测试和表征。结果表明,石蜡-硬脂酸复合相变材料的相变储热性能好;随着石墨含量的增加,石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料的储/放热时间明显缩短,导热性能大幅度提高,但相变潜热逐渐降低,相变温度保持不变。制备的石蜡-硬脂酸/石墨复合相变材料具有合适的相变温度、较高的相变潜热,导热性能优良,可用于低温储能领域。