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。     

CaCl2·6H2O/EG复合相变材料的制备与性能研究

为了改善六水氯化钙的蓄放热性能,以六水氯化钙为相变材料（PCM）、膨胀石墨（EG）为载体、六水氯化锶为成核剂,采用物理吸附法制备六水氯化钙/膨胀石墨复合相变材料,研究复合相变材料的热物理特性. 采用步冷曲线法,研究复合相变材料的过冷度、蓄/放热性能和热循环稳定性;采用扫描电镜、差示扫描量热法、热流计导热仪,对复合相变材料的显微形貌、相变潜热、相变温度、比热容和导热系数进行测定. 结果表明：在六水氯化钙中添加质量分数为10%的膨胀石墨和质量分数为2%的六水氯化锶,复合相变材料的相变潜热为151.6 J/g,导热系数提升至3.328 W/(m·K),过冷度保持在2 °C以内. 相变材料的导热系数及过冷度得到显著改善.     

铝硅合金热稳定性能的试验研究

利用自制热循环装置对储能铝硅合金进行热循环试验,研究了Si的质量分数12.07%的ZL102合金在不同热循环次数下的热稳定性能的变化,并对其结果进行了分析总结。试验结果表明:经过长达1 600次熔化-凝固循环后,铝硅合金的熔化起始温度随热循环次数的增加而略有上升,相变起始温度从579℃升高到584℃,熔化潜热略有下降,潜热值从537J/g下降到500.6J/g,铝硅合金在长期的热循环过程中有着优良和稳定的储热性能,可应用于高温太阳能热发电蓄热系统中。     

己二酸/石墨烯复合储热材料的制备与性能研究

以石墨烯为导热增强相,己二酸(AA)为相变材料,采用真空熔融吸附的工艺制备出己二酸/石墨烯复合相变储热材料。通过FT-IR、DSC、热常数分析仪、TG、FE-SEM及热循环实验对制备的复合材料进行了结构和性能研究。结果表明:石墨烯能够有效吸附己二酸,两者之间化学相容性良好;当石墨烯的掺量6%时,制备的复合材料的相变潜热为241.2J/g,相变温度150.3℃,导热系数为2.04W/(m·K);300次循环后,复合材料具有较好的热稳定性。     

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.     

低熔点石蜡微胶囊保温砂浆的热性能

以低熔点石蜡微胶囊为相变材料,制备石蜡微胶囊保温砂浆。测试了保温砂浆的热焓、相变温度、导热系数和相变蓄热性能。结果表明：石蜡微胶囊保温砂浆具有良好的蓄热、调温功能和较长的热循环寿命,砂浆体系的相变温度为33℃,相变潜热13.42J/g;随着偶联剂和粘结剂掺量的增加,保温砂浆的导热系数呈下降趋势;随着石蜡微胶囊掺量增加,保温砂浆的导热系数先减后增;与空白试件相比较,相变蓄热砂浆的升降温速率明显要滞后,呈现出较好的蓄热、调温性能。     

相变材料的融化凝固对建筑墙体壁面温度的影响分析

采用enthalpy-porosity法建立建筑墙体内置相变板层融化与凝固的传热模型,室内外空气温度采用正弦周期温度波边界条件,计算了相变板层内融化与凝固引起室内壁面温度的响应.结果表明,在相同的环境条件下,合适的相变温度能使相变材料(Phase Change Material,PCM)完全融化/凝固,室内壁面温度波动变化最小;相变材料的相变温度过高或过低,会导致部分PCM融化/凝固,过高或过低的相变温度将导致室内壁面温度波动增大;相变过程温度范围越窄,相变材料融化与凝固的份额越高,引起壁面温度波动也越小;较大的相变潜热量可以使相变材料储存较多的热量,但相变潜热量超过一定量时,再增大潜热量对室内壁温影响较小.较大的导热系数有利于强化传热,但也导致热阻减小,不利于保温,导热系数的综合效果对室内壁温影响较小.     

多孔载体相变材料的热湿综合性能

以癸酸(CA)和月桂酸(LA)在超声波作用下混溶制备的二元有机脂肪酸为相变材料,多孔硅藻土材料为载体,利用多孔硅藻土的吸附特性,使用熔融法制备相变材料质量分数不同(35%、40%、45%、50%、55%)的多孔载体相变材料,分别采用步冷曲线法和等温吸放湿法对多孔载体相变材料的控温性及吸放湿性进行测试,并对热湿综合性能进行评价.同时利用压汞法(MIP)、差示扫描量热法(DSC)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、热重(TG)等手段对多孔载体相变材料的孔结构、相变温度、相变潜热、形貌、组成和热稳定性进行分析.结果表明,硅藻土孔隙发达,对CA-LA的物理吸附质量达到45%时,多孔载体相变材料的相变温度在17.92~22.20℃,相变潜热在30.88~32.97J/g;在温度为140℃以下具有良好的热稳定性,该复合材料具有满足建筑室内对相变材料热性能要求,而且具有良好的湿效应.     

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.     

微胶囊相变砂浆制备及性能研究

将微胶囊相变材料与水泥砂浆复配,考察了相变材料加入量对水泥砂浆相变潜热、抗压强度和抗折强度的影响,结果表明,在水泥、砂子和相变材料质量比为100∶160∶30条件下,水泥试块的相变潜热为32.5J·g-1,抗拉强度为12.5 MPa,抗折强度为7.5 MPa。对成型的相变水泥试块进行了30次的冻融实验,结果证明,经过20次冻融循环后,相变水泥砂浆的相变潜热为26.6J·g-1,经过30次冻融实验后水泥试块的相变潜热为24.2J·g-1,保温性能较好。     

泡沫铜/石蜡复合相变材料融化过程的换热特性

为了研究强化相变蓄热器的换热情况,搭建了矩形腔体内填充泡沫金属/石蜡的实验台,在恒壁温条件下,进行了泡沫金属/石蜡复合相变材料的融化蓄热实验。根据实验数据绘制了不同加热温度下石蜡内部温度随时间变化曲线,分析了腔体内自然对流对温度分布的影响、传热温差对蓄热时间的影响。结果表明,泡沫金属的高导热性能强化了石蜡在腔体内的融化过程,距离加热面较近的石蜡融化后产生的自然对流加速了剩余固态石蜡的融化;而且传热温差越大,自然对流越明显,蓄热时间越短。     

F-T蜡对石蜡调合性质的影响

采用F-T蜡对石蜡进行调合, 分别考察了F - T蜡质量分数对4 6#和5 8#石蜡的影响。结果表明, F -T 蜡的加入可以显著提高石蜡熔点, 在F-T蜡质量分数从0. 0 5%增加到3 0. 0 0%时, 4 6# 与5 8# 调合蜡滴熔点分别从 72.4、 88.4℃下降到44.4、 62.4℃; 随着F - T蜡质量分数的增加, 调合蜡的滴熔点与针入度不断下降, 即F-T蜡的质量分数与滴熔点和针入度成反比。对调合蜡的结晶结构进行分析, 结果表明, 由于调合蜡中非异构烷烃含量高, 所以它的晶体结构为斜方点阵排列结构的长针状蜡晶, 与天然石蜡结晶不同, 其组成更加复杂。     

石蜡基复合相变储能材料的研究进展

石蜡类有机物用做相变储能材料具有相变焓高、相变温度范围广、价格低等优点,但其较低的导热系数限制了吸／放能效率的提升。添加高导热物质合成复合相变材料,用以强化石蜡类有机相变材料传热能力是非常有前景的研究方向。评述了多种石蜡基复合相变材料的合成方法及热学性能,并展望了石蜡基复合相变材料的发展趋势。     

聚苯乙烯包覆石蜡相变微胶囊的制备及性能分析

采用悬浮聚合法制备以聚苯乙烯为壁材,58#石蜡为芯材的相变微胶囊。考察了乳化时间、交联剂二乙烯基苯（DVB）的配比、聚合时间以及芯壁比对微胶囊性能的影响,采用傅立叶红外光谱仪、场发射扫描电镜、差示扫描量热仪、热重分析等手段对微胶囊的化学结构、表观形貌、储热性能以及热稳定性等进行了表征。结果表明,乳化时间对微胶囊的热性能影响不大;单体St与交联剂DVB的质量比为6∶1制备的微胶囊的形貌较佳,缩皱和碎屑明显减少;聚合时间为3 h制备的微胶囊形貌较好、大小相对均一、相变潜热和芯材石蜡质量分数相对较高;而随着芯壁比的增大,芯材石蜡质量分数相继增大,其中芯壁比为3∶1制备的微胶囊相变潜热增大到125.2 J/g,芯材石蜡质量分数高达80.9%,且热稳定性好。     

石蜡相变蓄热过程数值模拟

相变材料（PCM）相变过程的传热特性对潜热储存过程的有重要的影响．对一种圆环形柱体石蜡相变蓄热材料,分别建立了忽略液相自然对流和考虑液相自然对流相变过程的数学模型,采用FLUENT软件对其蓄热熔化过程进行数值模拟,获得石蜡熔化过程温度场分布、熔化时间以及相界面移动规律,并数值计算了石蜡水平放置和竖直放置时,熔化过程的熔化时间和温度分布．对比两种模型的模拟结果表明,当石蜡材料厚度大于40mm,熔化过程中液相中自然对流作用对熔化过程有较大的影响．     

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.     

棕榈酸/石蜡复合相变储能材料

将石蜡(PW)与棕榈酸(PA)熔融超声共混,制备出了一系列PA/PW复合材料。采用瞬态热丝法(SHW,Short-Hot-Wire)测量PA/PW复合材料的导热系数,用差示扫描量热仪(DSC,Differential Scanning Calorimetric)分析复合材料的相变温度(T)和相变潜热(L),采用红外光谱仪(FTIR,Fourier Transform Infrared)对复合物的组成进行表征。复合材料的红外吸收光谱图表明,PW和PA只是简单的物理混合,未生成新物质。复合相变材料的导热系数大致随温度的升高而降低,而在30和50℃左右时由于固-固和固-液相变的作用,导热系数测量值出现了一定程度的升高。复合材料的Ts-s(固-固相变温度)都比PW的略高;与纯PW相比,除PA的质量分数w=35%之外,其他比例复合材料的Ts-l(固-液相变温度)都较纯PW的低;除w=35%的Ls-l(固-液相变潜热)比纯PW的低之外,其他比例复合材料的Ls-l都比纯PW的Ls-l高。     

铝泡沫和石墨泡沫强化石蜡相变传热的数值模拟

针对有机相变材料石蜡导热系数低的问题,通过添加多孔介质的方法以强化石蜡相变传热,并运用CFD软件对石蜡相变传热系统进行二维数值模拟.模拟结果表明:铝泡沫和石墨泡沫都能有效提高相变材料传热速率,铝泡沫的强化传热效果明显高于石墨泡沫的传热效果.随着孔隙率减小,多孔介质/石蜡复合材料的有效导热系数增大,传热速率加快,凝固需要的时间缩短.并且,孔隙率越小,经过相同凝固时间,装置内对应点温度越低.     

Shape-stablized EP/paraffin composite for latent heat storage

62# and 56# paraffin mixtures were impregnated into expanded perlite (EP) by vacuuming method. Effects of impregnation with/without vacuum, vacuuming time, and thermal cycles were discussed. The appropriate mass fraction of paraffin mixture in the composite and vacuuming time were found respectively to be 80% and 20 min. Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR) analysis shows that it has a good compatibility between paraffin mixture and EP. From differential scanning calorimetry (DSC) analysis, the latent heat of EP/Paraffin mixture composite is almost linearly related with the mass fraction of paraffin mixture in the composite. After 100 thermal cycles, the deviation of phase change temperatures is acceptable, but more deviation of latent heat appears. The calcium stearate dispersing granule coated by epoxy resin can effectively lower leakage during thermal cycles.     

催化氧化法制备硬质氧化蜡

以石蜡和聚乙烯蜡为主要原料,进行催化氧化反应,制得硬质氧化蜡。结果表明,当反应温度为170 ℃,反应时间为7 h,m(石蜡)∶m(聚乙烯蜡)为7∶3,催化剂质量分数为0.01%,助剂质量分数为1.0%,空气流量为0.20 m3/h时,所得氧化蜡的酸值为9.82 mg(KOH)/g,皂化值为79.19 mg(KOH)/g,针入度为9.2 (0.1 mm),滴熔点为87.4 ℃,75 ℃折光率为1.453 6,与天然硬蜡（巴西棕榈蜡）的性质非常接近。