Cu含量对高温相变材料Al-Cu合金热特性的影响

高温相变材料Al-Cu合金是蓄热性能最好的太阳能储存材料之一,而Cu含量对其热特性影响的相关研究未见报道。采用差示扫描量热法（DSC）和激光脉冲法（LFA）研究了Cu含量在7.4%~51.7%范围内的Al-Cu合金相变材料的相变温度、相变潜热、比热容、热扩散系数和热导率,并结合其金相组织对热力学性能变化规律的内在机理进行了分析。结果显示,当Cu含量在7.4%~51.7%范围内时,Al-Cu合金的相变温度在524.4~645.9℃范围内;随Cu含量的增加,Al-Cu合金的质量潜热呈递减趋势,而体积潜热却呈上升趋势。Al-7.4% Cu在熔化和凝固过程具有最大的质量潜热,分别为339.6、343.5 kJ·kg^-1。Al-51.7% Cu在熔化和凝固过程具有最大的体积潜热,分别为1179、1143 MJ·m^-3。当Cu含量在7.4%~51.7%范围内时,Al-Cu合金的比热容随Cu含量的增加呈递减趋势;当温度在25~500℃范围内时,Al-Cu合金的比热容随温度升高呈递增趋势。Al-7.4% Cu的比热容在25℃时为0.85 J·g^-1·K^-1,在500℃时达到最高值1.08 J·g^-1·K^-1。此外,Al-Cu合金的热导率随Cu含量的升高而降低,但即使Cu含量达到51.7%,其常温下的热导率仍然高达104 W·m^-1·K^-1。综合研究结果表明,Al-Cu合金作为高温相变材料具有在太阳能蓄热领域中应用的巨大潜力。     

Cu含量对Al-Cu-Si合金相变储热性能的影响

Al-Cu-Si基相变材料具有成本低、相变潜热高、抗氧化性能高等优势,是最具潜力的太阳能储存材料之一。而Cu含量对其储热性能特别是体积潜热有重要影响,但相关研究未见报道。通过差示扫描量热仪和激光热导分析仪研究了Al-Cu-Si合金的相变温度、质量潜热和体积潜热随Cu含量变化的关系,以及比热容、热扩散率和热导率等随温度变化的关系。研究结果表明,在Cu含量35%～55%时,Al-Cu-Si合金相变温度为512.5～604.2℃,质量潜热为354.4～458.1 J·g^-1,体积潜热为1524.1～1763.8 J·cm^-3。质量潜热和体积潜热均随着Cu含量的增加呈现出"双峰型"的变化趋势,Cu含量42%时质量潜热最大,为458.1 J·g^-1;Cu含量48%时体积潜热最大,为1763.8 J·cm^-3。Al-Cu-Si合金的热导率随着Cu含量的增加而降低,且在500℃时Al-Cu-Si合金的热导率为91.4～137.5 W·m^-1·K^-1。综合研究表明,Al-...     

相变材料对化工设备特性的影响

物质相变是一个持续的过程,在这个过程中材料往往会半数字和对能量的释放或者吸收,这对于化工设备的运作有着不可忽视的影响,极其考验化工设备对温度的承受能力,因此必须对材料相变进行有效的分析,从而为改进化工设备进行不断的技术创新和探索。在相变材料生产过程中,尤其是化工生产以及其他多种混合材料的生产当中,通常都是不连续的,而且不够稳定,这就需要利用相变材料对其中的能量进行储存,从而减少对化工设备的损害,本文就相变材料对化工设备的影响进行必要的分析,进而发现其中的问题,提出必要的解决措施。     

相变介质粒径对粉煤灰基高温定形复合相变材料蓄热性能的影响

以Al-Si共晶合金粉为相变介质、粉煤灰为基体材料,采用混合烧结法制备高温定形复合相变材料,通过密度和增重率的测定及DSC,SEM和XRD分析,探讨烧结过程中导致合金粉性质发生变化的原因,研究合金粉粒径对材料蓄热性能的影响规律。结果表明:烧结过程中,合金粉中Al被氧化并与基体中SiO_2发生反应,破坏了部分合金粉的原有性能,导致相变潜热降低。合金粉粒径越小,自身氧化及与基体间的反应程度越高,材料更为致密但相变潜热偏低。合金粉粒径越大,材料的相变潜热越高但密度偏低。通过调整合金粉中大粒径(40≤d≤74μm)颗粒的含量,可实现相变潜热与密度之间的适度平衡。当合金粉中40≤d≤74μm颗粒质量分数调整为44%时,材料的相变潜热为94.9J/g,密度为1.37g/cm~3,与用原始合金粉所制备的材料相比,相变潜热增加了114%而密度仅降低了3.5%,复合材料的综合性能得以改善,尤其是蓄热性能大幅度提升。     

相变介质组成对粉煤灰基高温定形复合相变材料蓄热性能的影响

分别以Al粉、Al-12Si、Al-20Si合金粉为相变介质,粉煤灰为基体材料,采用混合烧结法在空气、真空两种烧结氛围下制备金属/陶瓷基高温定形复合相变材料,探讨相变介质中硅铝相对含量及烧结氛围对材料蓄热性能的影响。结果表明:分别用三种金属粉制备复合相变材料时,Al的氧化难以避免,致使Si的相对含量均超过共晶点组成,凝固时其状态点始终处于共晶相+Si相的两相区,未被氧化的Al都转变成为Al-Si共晶相。空气中烧结有利于Al形成致密氧化膜从而阻止其进一步反应,材料的密度、相变潜热都比真空中烧结高。三种复合相变材料中,由Al粉制备的热稳定性最差,由Al-12Si合金粉制备的相变潜热、保留率最高,热稳定性及蓄热性能突出。     

微相分离促进剂对聚氨酯相变储能材料热性能的影响

对相变性能优异的高分子固-液相变材料聚乙二醇进行改性，以其作为聚氨酯的软段，以4，4＇-二苯基甲烷-二异氰酸酯（MDI）-1，4-丁二醇（BD0）为硬段，通过在合成过程中加入少量十八醇作为微相分离促进剂，制备出-种新型的聚氨酯相变储能材料，通过DSC、FT—IR、SEM测试手段研究了微相分离促进剂对聚氨酯相变储能材料分子结构和相变储热性能的影响。研究结果表明：十八醇的加入能作为分子间润滑剂均匀分布在软、硬段的相畴界区，使两相的相容性变差，有效改善微相分离和提高软硬段结晶能力，2％的十八醇含量是聚氨酯微相分离的最佳点，此时材料的相变潜热最高。     

高温相变材料胶囊化及应用研究进展

高温相变材料因具有较高的相变温度,且单位体积的潜热值较大,将其胶囊化用于高温领域（＞120℃）具有较大的应用前景。本文介绍了高温相变材料的种类及其胶囊化技术,对不同类型的高温相变胶囊制备方法进行了阐述。指出了目前高温相变胶囊制备过程中存在的问题,如金属大胶囊的芯材与壁材的相容性、微/纳胶囊易破碎等。重点论述了溶胶-凝胶法、水热法制备高温相变微/纳胶囊过程中囊壁材料、热处理温度等对胶囊性能的影响。针对上述因素引起的胶囊热循环性能差、过冷大等问题,提出了解决方案。最后阐述了高温相变胶囊的相关应用情况,并提出未来在寻找与芯材相容性好的壁材、优化微/纳胶囊制备方式、抑制胶囊过冷等方面需要进一步探索。     

纸浆纤维对不同相变温度芒硝基相变材料相分层及热性能影响

在速溶高粘羧甲基纤维素钠为粘稠剂的基础上,选取4种类型纸浆作为不同相变温度芒硝基相变储能材料辅助粘稠剂,利用FT-IR、亲水性、耐腐蚀性以及冻-融循环实验,筛选自制纸浆作为3种温度梯度相变材料辅助粘稠剂.同时探究了自制纸浆对相变材料相分层效果、潜热值性能的影响.结果 表明:7℃、14℃、22℃相变材料中自制纸浆添加量分别为1.4％、1.6％、1.2％,材料实际相变温度分别8.1℃、16.7℃、22.1℃,对应的潜热值分别为201.8 J/g、114.1 J/g及179.5 J/g,极大提高芒硝基相变材料储热性能,有效延长相变材料使用寿命.     

石墨纳米片尺寸对复合相变材料储热特性的影响

为了探究二维纳米材料的尺寸对复合相变材料储热特性的影响, 将膨胀石墨分别超声振荡10、30和90 min, 得到3种不同尺寸的石墨纳米片:GNS-10、GNS-30、GNS-90, 添加到十六醇中制备出纳米复合相变材料。利用SEM、XRD和Hot Disk等方法对其微观结构和性能进行表征和测试的同时, 对比研究了Maxwell、Bruggeman及Nielsen模型对热导率的计算结果。结果显示, 石墨纳米片尺寸越大, 对复合相变材料热导率的提升幅度越大。当GNS-10添加量为10%(质量分数)时, 热导率提升了约517%。Nielsen模型在形状因子A取100~180时可以较好地预测实验值。与大幅增长的热导率相比, 复合相变材料相变温度、相变焓的变化可忽略不计。此外, 石墨纳米片的加入明显缩短了储热材料的凝固速率, 有效热导率的提高是产生这种效果的主要原因。     

孔隙分布对分形泡沫金属基相变材料传热特性的影响

基于分形理论,采用Sierpinski分形结构来模拟分形泡沫金属的孔隙结构。以泡沫金属为基体,孔隙中填充相变材料,通过数值计算比较了相同孔隙率和分形维数但不同孔隙结构分布规律的泡沫金属基相变材料在恒热流边界条件下的传热特性差异,得到了在传热过程中相变材料的相变率随时间变化及其相场分布情况云图。结果表明：当泡沫金属存在开口孔且所在位置处于热流边界时,孔隙中相变材料的传热速率明显大于不存在任何孔隙处于热流边界的情况;当泡沫金属不存在孔隙处于热流边界时,随着泡沫金属比表面积的增大,孔隙中相变材料传热速率增大;且分形体的分形级数越高,孔隙分布规律对其传热性能的影响程度越大。     

Fe含量对铝合金阳极合金电化学材料性能的影响

我国现有材料含有大量的杂质,极大地影响牺牲阳极的电化学性能,采用外国的配方技术、利用我国的原材料,生产不出理想的牺牲阳极材料,在众多的杂质元素中,Fe的含量对牺牲阳极材料的电化学性能影响比较大,研究了Fe含量对铝合金阳极合金材料性能的影响,结果表明：(1)如果Fe的含量过量,此时的铝阳极变成阴极性,在牺牲阳极的铝合金材料内部形成大量微电池,从而恶化牺牲阳极材料的电化学性能;(2)生产牺牲阳极选择铝锭原材料Fe的含量在0.10%附近时,呈现优良的电化学性能。     

氧化铜含量对磷酸铬铝固化行为的影响及高温相变研究

系统地研究了不同含量氧化铜作为固化剂对磷酸铬铝固化温度、粘结强度和显微结构的影响。并用SEM、TGDSC、XRD、IR等分析手段研究了粘结剂的固化特性和耐热性能。研究结果表明,当氧化铜的加入量为30%时,磷酸铬铝的交联固化温度为213℃,粘结强度可达到3.685 MPa。在300~700℃以内,粘结剂为无定形态,700~1300℃时主要为AlPO4和Cu2P2O7两种晶型。     

癸酸-十六醇作为相变储能材料的相变特性

以癸酸（CA）和十六醇（H）为原料,通过熔融共混法制备了二元脂肪酸醇复合相变材料,并利用步冷曲线法确定癸酸-十六醇（CA-H）二元复合相变材料的最佳质量配比为74∶26,共晶温度为24.5℃,过冷度为0.2℃。采用傅里叶红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、蓄放热实验和冷热加速循环实验等研究了CA-H复合相变材料的结构与性能,发现CA-H的FTIR曲线上同时存在CA和H的特征吸收峰,CA-H的XRD图谱上存在CA和H的衍射峰,说明CA与H是通过分子力作用在一起,没有发生化学反应。然后对CA-H进行500次5～80℃冷热加速循环实验,发现其相变温度和相变潜热变化较小,可见CA-H的热循环稳定性良好,且蓄放热性能较好。同时,根据差示扫描量热仪（DSC）分析得到CA-H的相变温度为24.22℃,相变潜热为190.5J/g,这与通过步冷曲线测得的共晶温度吻合。因此,该CA-H复合相变材料适用于建筑节能、空调冷凝热回收及低温太阳能热储存等领域。     

圆柱系统中石蜡/纳米银复合相变材料热特性分析

相变材料由于具有相变潜热,被应用于各领域的热管理。锂离子动力电池作为一种新能源,近年来广泛应用于电动汽车,相变冷却作为一种有效的被动冷却方式,能够有效减缓锂电池的热聚集。为将相变材料应用于减缓锂电池热失控,本工作建立了石蜡/纳米银复合相变材料(CPCM)的圆柱系统,使用相变模型及流体体积(VOF)模型研究了相变材料的融化过程,得到了初始时期空气/石蜡气液交界面的变化以及石蜡的液相分布,与实验结果具有很好的一致性。在此基础上分析了相变过程的吸热及储热情况。同时,针对不同质量分数的石蜡/纳米银复合相变材料进行模拟,结果表明,添加0.5wt%~2wt%的纳米银颗粒能够改善石蜡的导热性能,但潜热会有所降低。相变结束后,材料吸收的热量将转化为显热,底面传热减小,主要是通过壁面传热。另外分析了融化过程中液相的流动情况,相变材料液态层增厚,Nu数下降并趋于稳定,增加纳米银浓度也会降低Nu数。     

脂肪酸相变储能材料热性能研究进展

在以往所研究的相变材料中,脂肪酸由于展现出优越的性能,得到了研究者更多的关注,但同样存在相变温度不适宜和导热性能差等热性能问题。本工作通过现有文献对脂肪酸相变储能材料的热性能进行系统分析,提出了脂肪酸与脂肪酸、脂肪醇及石蜡复合3种有效解决相变温度不适宜的方法;针对导热性能差提出了多孔材料吸附、添加碳材料或金属粒子和微胶囊化3种高效易行的强化传热方式,进而说明这一领域目前研究重点。同时,对脂肪酸储能材料的相变性能、导热增强方法及导热增强剂进行了比较,分析了各自的优缺点。最后,对脂肪酸相变储能材料热性能研究的不足之处进行了探究,并指出了制备出更多能应用于建筑节能和纺织等领域的脂肪酸相变储能材料和着重研究脂肪酸与石蜡的复合等进一步研究方向。     

氧化钙对金属/粉煤灰基高温定形复合相变材料蓄热性能的影响

以Al-Si合金粉为相变介质,高钙及低钙粉煤灰为基体材料,采用混合烧结法制备金属/陶瓷基高温定形复合相变材料,探讨两种粉煤灰及CaO含量对材料蓄热性能的影响.结果 表明,由于高钙粉煤灰中具有助熔作用的CaO含量较高,降低了烧结过程中的熔融温度,使基体中出现大量封闭孔,故高钙粉煤灰复合相变材料具有增重率小、相变潜热高、存在单质Al等特性.低钙粉煤灰中外加CaO后,其增重率降低而相变潜热明显增加.当粉煤灰中CaO总含量控制在10％ ～ 15％时,复合相变材料的蓄热性能突出.     

无机盐高温相变储能材料的研究进展与应用

无机盐高温相变储能技术对于能源的开发和合理利用具有重要意义,在太阳能热发电、工业热利用及余热回收方面有着显著优点.对无机盐高温相变储能材料的定义范畴、应用领域和国内外发展现状进行了综述.详细讨论了无机盐高温相变储能材料的分类及各类材料的性能、优缺点;介绍了美国国家航空和宇宙航行局(NASA)在空间站太阳能Brayton热机发电循环系统、德国航天航空研究中心(DLR)在太阳能热发电系统、北京航空航天大学在太阳能热发动机等方面的研究成果,并展望了该领域的发展前景.     

高温复合隔热结构组成对其瞬态热特性的影响

建立多层复合隔热结构辐射-导热与相变换热模型,采用Monte Corlo方法模拟复合隔热结构内半透明介质的热辐射传递,有限体积法求解能量方程。分析比较了纤维隔热毡-金属膜复合结构、纤维隔热毡-纤维增强气凝胶材料-金属膜复合结构、纤维隔热毡-纤维增强气凝胶材料-相变隔热材料-金属膜复合结构等三类典型复合隔热结构的瞬态换热特性,研究表明不同的复合隔热结构组成其热特性差异显著,为复合隔热结构的设计、优化提供了指导思路。     

高温复合隔热结构组成对其瞬态热特性的影响

建立多层复合隔热结构辐射-导热与相变换热模型, 采用Monte Corlo方法模拟复合隔热结构内半透明介质的热辐射传递,有限体积法求解能量方程。分析比较了纤维隔热毡-金属膜复合结构、纤维隔热毡-纤维增强气凝胶材料-金属膜复合结构、纤维隔热毡-纤维增强气凝胶材料-相变隔热材料-金属膜复合结构等三类典型复合隔热结构的瞬态换热特性,研究表明不同的复合隔热结构组成其热特性差异显著,为复合隔热结构的设计、优化提供了指导思路。     

新型相变蓄热材料的热物性测试

为了寻找新型相变蓄热材料,对不同配比下NaCl/KCl/MgCl2三元体系的熔点进行了测量,提出了一种新型三元相变蓄热材料质量分数之比为20%NaCl/20%KCl/60%MgCl2;搭建了准稳态法测试试验台,并利用试验台对新型三元相变蓄热材料的主要热物性参数,包括比热、导热系数和熔解热进行了测试。测定温度范围61.21—573.65℃;利用多项式函数对导热系数和比热试验数据进行了拟合,拟合平均相对偏差小于1.5%。试验结果表明,新型相变蓄热材料潜热大、蓄热密度高、且具有较高的导热系数,具有广阔的工程应用前景。