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。     

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.     

复合相变蓄热材料研制及性能分析

制备了一种复合相变蓄热材料,该蓄热材料是由两种相变材料(硬脂酸和石蜡油)组成,通过物理吸附的方法将其复合在固态支撑材料中,通过实验分析了所研制的蓄热材料的相变点、相变热、热稳定性及微相结构等性能。测试结果表明该蓄热材料具有较高的相变潜热和较好的热稳定性。     

脂肪酸相变材料的研究进展及应用

中长链脂肪酸及其混合物具有良好的热物性、热稳定性和化学稳定性,是非常廉价易得的一类有机相变材料.综述了脂肪酸固-液相变材料在潜热蓄热领域的发展现状,主要介绍了常用脂肪酸相变材料及其低共熔混合物的热物性和热稳定性特点,指出了其强化传热方式,总结了国内外脂肪酸复合相变材料的制备方法.     

球形粉煤灰基高温定形复合相变蓄热材料的制备与性能

研究了干压成型法制备球形高温定形复合相变蓄热材料的工艺.采用粉煤灰为陶瓷基体材料、金属铝为相变介质,以PVA作黏合剂,通过球形模具干压成型后,在室温至1 000℃程序控温及无保护气的条件下进行无压烧结,得到直径D为7.5mm的近球形高温定形相变材料,有望在高温球形堆积床蓄热器中加以应用.研究表明:相变介质含量、坯料量和素坯成型压力对材料的球形度及烧结稳定性有明显影响,烧结后相变介质由最初的单质铝转变为Al-Si共晶合金.当坯料量为0.35g、成型压力为0.6 MPa时,制备的D7.5mm球形材料铝含量可达57%(质量分数),球形度为0.92,密度为1.60g/cm~3,经20次热震后相变潜热为62.49J/g,相变温度峰值为577.33℃.     

相变材料复合八水氢氧化钡的制备及热性能

纯八水氢氧化钡相变蓄热材料在使用过程中存在凝固过冷、相分离及体积变化等问题,因此需要对其进行相应的改性研究。本文根据相变蓄热材料成核机理,以八水氢氧化钡为相变蓄热材料基材,一水氢氧化钡及去离子水作为复合添加剂,制备了混合比例为95.1% Ba（OH）₂·8H₂O+2% Ba（OH）2·H₂O+2.9% H₂O的复合相变蓄热材料。对该复合相变蓄热材料进行了热性能测试,结果表明：复合相变蓄热材料的平均热导率为1.2W/（m·K）、相变潜热值为263.7kJ/kg;在复合相变蓄热材料融化过程中进行升温-压力实验,测试数据显示容器内部的相对压力不超过0.09MPa;利用恒温金属浴仪器对该复合相变蓄热材料进行300次融化/凝固循环实验,测试数据显示复合相变蓄热材料过冷度增加量0.7℃、相变潜热值降低0.796%。改性后的复合相变蓄热材料相变温度适宜、热性能稳定,可推广应用于中低温相变储热系统。     

泡沫金属强化石蜡相变蓄热过程可视化实验

相变材料的低热导率是限制潜热蓄热广泛应用的重要原因。将相变材料石蜡真空条件下注入到泡沫金属铜内制备泡沫金属铜-石蜡复合相变材料,通过铜的高热导率及高孔隙材料的大面体比来强化相变换热过程。采用DSC示差扫描量热法对石蜡进行热物性测量获得准确的石蜡相变温度及相变潜热。以管壳式相变蓄热结构为对象,提取对称结构进行可视化设计,对比纯石蜡及泡沫金属铜-石蜡复合材料在相同运行条件下的相变过程,追踪二者熔化过程的相界面位置随时间的演化过程并布置热电偶准确测量材料内部的温度分布。结果显示加入泡沫金属后的复合材料的内部温差明显减小,温度分布均匀,蓄热热通量显著增大,有效缩短相变时间并缓解了自然对流造成的顶部过热和底部不熔化现象。     

Na_2SO_4/MgO复合相变蓄热材料的制备及性能研究

研究利用熔融盐Na2SO4的高潜热和陶瓷材料MgO的耐腐蚀等特性,采用粉末烧结工艺制备复合相变蓄热材料;对制备过程工艺参数进行初步研究,通过化学热力学分析、SEM-EDS、TG-DTA检测,对所制备材料的性能进行初步分析,这种新型复合材料兼备了固相显热蓄热材料和相变蓄热材料两者的长处,具备了快速蓄热、快速放热及蓄热密度高的性能。     

球形高温复合定形相变材料性能及干压成型工艺的设计与研究

以粉煤灰为基体材料、Al-Si合金粉为相变介质,采用干压成型及混合烧结法制备直径为15 mm的球形高温定形复合相变材料,设计并研究了三种施压方式(直接法、阶段法、自然法)以及成型压力对相变材料性能的影响.研究表明:成型过程中升压速率越快,材料的致密均匀性越差,甚至产生加工硬化的现象;保压时间越长致密度越高,缓慢升压而不保压则致密度偏低;成型压力越大材料越致密,力学性能越好.材料的致密度与其相变潜热呈反向关系,这与合金粉在烧结过程中的破裂情况、自身氧化以及与基体的反应程度密切相关.三种施压方式中,直接法制备效率高、材料的力学性能突出,阶段法所制备的材料在较宽的成型压力范围内(2～5 MPa)综合性能良好,自然法效率低且材料力学性能较差.当成型压力为2 MPa,采用阶段法所制备的材料密度为1.630 g/cm3、相变潜热为115.20 J/g、开裂荷载为1021 N,经100次热震其性能依然稳定.     

PEG/SiO_2复合相变蓄热型混凝土的制备研究

采用溶胶-凝胶法制备了PEG/Si O2复合相变材料,并与普通建筑材料直接混合,得到了相变蓄热型混凝土。通过研究相变材料的添加量对蓄热型混凝土的表观密度和抗压强度的影响,得到相变蓄热型混凝土制备过程中PEG的最佳添加量为7.5%。     

多孔SiC陶瓷/石蜡复合相变材料定型封装及热性能研究

以微米级SiC粉为原料,采用冷冻干燥工艺制备具有连贯层状孔结构的SiC陶瓷。以多孔SiC陶瓷为基体,石蜡为相变芯材,通过真空浸渍法制备多孔SiC陶瓷/石蜡复合相变材料,研究了石蜡在层状多孔SiC陶瓷内的浸渗行为及复合材料的储热性能。结果表明,层片状多孔SiC陶瓷的显微形貌对石蜡的浸渗过程及储热性能有明显影响。当石蜡负载量为21.7%(质量分数)时,复合相变材料熔融温度为59.6 ℃,凝固温度为53.9 ℃,相变潜热为28.4 J/g,室温下的热导率为2.4 W·(m·K)^-1。复合相变材料吸热峰和放热峰强度随着石蜡负载量减少而降低,当温度为200 ℃时,多孔SiC陶瓷/石蜡复合相变材料失重为5%(质量分数),表明材料具有良好的热稳定性。复合相变材料在100 ℃热处理30 min后陶瓷基体未发生形变,经100次热循环后具有稳定的相变潜热和良好的定型能力。     

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。     

正辛酸-肉豆蔻酸低温相变材料的制备和循环性能

研制了一种用于相变温度在2~8℃的医药冷藏运输系统的二元有机复合相变材料,该材料由正辛酸与肉豆蔻酸按比例混合而成。首先通过理论计算预测二元混合物的共晶点,确定它的低共熔混合物的比例、相变温度以及潜热值,然后围绕共晶点比例配制了6种不同比例的混合物。使用步冷曲线法测得正辛酸与肉豆蔻酸的低共熔点温度为6.2℃,过冷度为0.5℃,其质量比为87：13。经过差示扫描量热仪（DSC）测得复合相变材料的相变温度为7.13℃,相变潜热为146.1J/g,热导率为0.2832W/（m·K）。对正辛酸-肉豆蔻酸复合相变材料进行40次、80次的循环充放冷实验,发现其相变温度和潜热值均未发生明显变化。实验结果表明,该材料在蓄冷系统尤其是医药冷藏运输系统中有着很大的应用潜力。     

石蜡石墨粉复合相变材料在温室大棚中的控温效果研究

通过将复合相变材料应用于温室大棚中,达到控制温室温度波动幅度的目的.即利用相变材料在使用环境温度高于相变温度时可吸收热量,低于相变温度时可释放热量的能力,起到调节周围环境温度的作用.对比了石蜡以及加入不同比例石墨粉的石蜡石墨粉复合相变材料的导热性能;研究了加入复合相变材料的温室模型和对比模型的温控性能.结果表明:加入石墨粉,提高了石蜡的导热性能;加入相变复合材料的温室模型室内温度波幅小,控温效果优于对比温室;墙体储(放)热能力优于对比温室.     

(准)共晶系相变储能材料的研究进展

节能技术的发展是当今非常现实的问题，这些技术的发展方向之一是各行业的热能储存。相变储能材料由于其较大的潜热和恒温性，被广泛应用于潜热储能系统和热管理系统中。然而，单一相变材料的相变温度和潜热比较固定，难以同时满足多种储能应用对各种潜热、相变温度等性质的要求。因此，人们开展了关于二元或多元共晶相变体系的研究。本文介绍了近年来国内外（准）共晶相变储能材料及其复合材料的研究进展，探讨了（准）共晶相变储能材料的理论设计机理，指出了（准）共晶相变储能材料存在的不同问题并提出建议，最后指出了（准）共晶系相变储能材料在实际应用领域的局限，提出未来在寻找新型相变储能材料，建立传热理论模型，对（准）共晶系复合相变储能材料的力学性能、耐老化性能、储能密度低和高温条件下的耐久性差等方面需要进一步探索。     

石蜡/纳米石墨复合相变储热材料的换热与放热效率

相变储热是提高能源利用率的重要手段之一,相变储热材料的换热系数与放热效率研究对太阳能高效利用具有重要意义。通过变换铝管管径、循环风速以及空气温度,计算出复合相变储热材料的换热系数及放热效率。结果表明:铝管管径不变,循环风速小于3m/s时,空气温度对换热系数影响很小,差值在1W/(m2·℃)左右;换热系数、放热效率都随风速的增大而有所提高,放热效率最大可达95.3%;随着管径增大,换热系数逐渐减少,放热效率却逐渐增大;适合石蜡/纳米石墨复合相变储热材料的最佳条件为管径30mm、循环风速3m/s以及空气温度90℃。     

石蜡的聚烯烃定形包覆研究

低熔点石蜡为芯材,聚苯乙烯、聚丙烯和聚乙烯3种高分子材料作支撑材料,以加热熔融的方法制备了3种定形复合相变材料,确定了3种高分子材料对潜热为222.01 kJ/kg的17℃石蜡的最大包裹量分别为w(石蜡)=46%、51%、73%。用差示扫描量热仪对3种定形复合相变材料进行了测定,分析了所制备的定形复合相变材料的相变温度、相变潜热、热稳定性等性能。结果表明,石蜡经过高分子材料包覆之后,其相变温度有所降低,相变焓值有所提高,而且该定形相变材料可以加工成粉体材料,进一步拓展了产品的应用领域。     

High-temperature alloy/honeycomb ceramic composite materials for solar thermal storage applications: Preparation and stability evaluation

SiC_w/Al₂O₃ honeycomb ceramics were engaged as sensible shell materials for encapsulating Al-Si alloys (latent heat materials) in the honeycomb holes to obtain alloy/ceramic composite materials with a high thermal storage capacity for high-temperature solar thermal storage applications. The stability evaluation between the sensible honeycomb ceramics and the latent alloys had been conducted and the failure mechanism for the latent alloys was investigated. Results indicated that the addition of the latent alloys could improve the thermal storage capacity of the sensible honeycomb ceramics significantly by >114% and the thermal storage densities of honeycombs containing Al-12Si and Al-20Si alloys were 1141.3 kJ/kg and 1106 kJ/kg (400–900 °C), respectively. The composite materials exhibited excellent physical and chemical stability. No cracks formed in the honeycomb ceramics and no leakage of alloys was discovered after the composite materials were exposed to 100 thermal cycles in a high-temperature testing environment. The oxidation of Al at >600 °C would lower the latent heat of alloys and the thermal storage densities decreased to 1039.9 kJ/kg and 1013.2 kJ/kg after enduring 100 thermal cycles. This study not only provides a sensible-latent system of thermal storage materials with excellent stability but also gives an insight into the protection of metal containers against the corrosion from Al-based alloys.     

癸酸-月桂酸二元复合相变材料的相变特性研究

采用“冷却曲线法”测试癸酸-月桂酸二元体系的凝固点,验证了施罗德公式用于储热配方设计的可行性。配制相变温度在25—30℃之间的、可以应用于建筑节能领域的复合相变材料,并对其相变温度和相变潜热进行差示扫描量热计（DSC）分析。