复合相变储能材料的选择

相变材料的选择主要依据是相变温度．根据实验要实现的致冷目标，依次选定相变温度，再据相变温度选择相变材料．通过加入适当比例的成核剂和增稠剂，以解决无机相变材料的主要问题：过冷现象和分层现象．最终选择、配制出合适的两级相变材料体系，即：Ca（NO3）2·4H2O＋4．7％碳酸盐成核剂＋1．9％增稠剂体系，和Na2CO3·10H2O＋6％硼酸盐成核剂＋4．5％增稠剂体系．     

三水合醋酸钠/膨胀石墨复合相变材料的制备及其储热性能

水合盐储能材料普遍存在热导率低、过冷度大及相分离问题.本文通过熔融共混制备了以三水合醋酸钠(SAT)为主体的复合相变材料(CPCM).采用膨胀石墨(EG)作为高导热添加物强化导热系数,同时作为成核剂改善其过冷度问题.采用黄原胶(XG)为增稠剂改善复合相变材料的相分离问题.研究了复合相变材料的导热性能、相变性能及热稳定性,并基于该复合相变材料(SAT/EG/XG)搭建了高储热密度的相变储热器,研究了该装置在85℃热源、20℃冷源下的储放热性能.结果表明:膨胀石墨的加入可明显增强热导率及消除过冷度.添加2%～4%(质量分数)膨胀石墨,复合相变材料热导率可达1.12～1.81 W/(m·K),为纯SAT热导率的2～3倍,且添加0.5%～1.2%(质量分数)黄原胶可明显抑制相分离.复合相变材料具有很好的热稳定性,50次循环后其熔化温度保持在58.0℃左右,凝固温度稳定在57.6℃左右,无明显过冷度,相变焓为250～255 kJ/kg.基于该复合相变材料的储热器的储热密度可达442.7 kJ/L,是传统水箱的1.7倍,储放热效率达96.4%,具有明显的储热优势.     

成核剂对储热材料Na_2HPO_4·12H_2O过冷性能的影响

用步冷曲线法研究室温冷却环境下成核剂-Na2HPO4·12H2O复合体系的过冷性能,分析成核剂的添加量和晶体结构对过冷度的影响.结果表明:Na2SiO3·9H2O、NaF、CH3COONa·3H2O和Na2B4O7·10H2O这4种成核剂对Na2HPO4·12H2O的过冷现象有不同程度的改善.为有效改善过冷,成核剂的添加量有一个合适的范围.在10g的Na2HPO4·12H2O中,分别添加0.30g的Na2SiO3·9H2O、0.15g的CH3COONa·3H2O、0.05g的NaF和0.05g的Na2B4O7·10H2O时,抑制过冷的效果最好.同时发现,与Na2HPO4·12H2O晶体结构不同的成核剂Na2SiO3·9H2O改善过冷的效果最显著;与Na2HPO4·12H2O晶体结构相同的成核剂中,Na2B4O7·10H2O改善过冷的效果优于CH3COONa·3H2O.     

果蔬保鲜用相变蓄冷剂的研制及性能研究

针对适用于果蔬保鲜的蓄冷剂种类少、相变潜热小于300J/g及过冷现象等问题,对相变蓄冷剂的性能进行了研究。首先,利用差示扫描量热法,选择含合适温度调节剂的溶液,获得具有-6～-4℃相变温度且相变潜热较高的主储能剂;随后,通过添加不同种类的成核剂,抑制主储能剂的过冷问题;最后,对较佳配方的蓄冷剂进行了性能研究,首次得到了以苯甲酸钠为主的温度调节剂与水溶液组成的2种主储能剂BL-1和BL-2。研究表明,通过添加硅藻土成核剂,可得到相变温度在-6～-4℃、相变潜热均在300J/g以上且无过冷现象的2种低成本蓄冷剂,适用于冷藏温度在0～4℃的果蔬及其他温度敏感性产品的温控包装。所研制的相变蓄冷剂符合食品安全和绿色环保要求,可以有效地满足人们对果蔬及其他温度敏感性产品的蓄冷需求。     

单级、两级相变材料复合体系的隔热降温特性

利用选择、配制出的两级相变材料体系,即：Ca(NO3)2·4H2O＋4．7％碳酸盐成核剂+1．9％增调剂体系和Na2CO3·10H2O＋6％硼酸盐成核剂+4．5％增稠剂体系作为第一、第二级隔热相变材料;设计、制作了单级相变材料复合体系和两级相变材料复合体系的实验装置．对单级与两级相变材料复合体系的隔热降温特性进行了探讨．实验证明,两级相变材料复合体系的隔热降温性能优于单级体系．     

基于层次分析法的抑制相变材料过冷度方法体系优选

应用层次分析法,构建优选抑制相变材料过冷度方法的3层指标体系,建立层次模型,得到成核剂粒径、成核剂浓度等7项评价指标的量化权重与贡献率。研究结果表明:低温与常温下各因素抑制过冷度的影响排名顺序基本一致,低温环境下成核剂粒径、超声波频率与时间、搅拌动力与时间对抑制过冷度贡献率合计达83.35%,设计低温环境使用的相变蓄能材料时,应优先综合考虑成核剂、超声波、搅拌等要素;成核剂粒径、超声波频率与时间对抑制过冷的贡献率合计超过80%,设计常温环境用的相变蓄能材料时,应优选成核剂、超声波等外场因素,在经济性和可操作性允许的条件下再考虑其他措施。     

MgCl2·6H2O/MgSO4·7H2O复合相变体系的储热性能研究

水合盐相变储热材料普遍存在的过冷和相分离现象是影响其热稳定性和热储存性能的关键问题.以中低温水合盐相变储热材料MgCl2·6H2O(MCH)为主体材料,MgSO4·7H2O(MSH)为调节剂,采用熔融共混法制备MCH和MSH复合相变储热体系,研究了MSH对复合相变体系的相变焓、相变温度、过冷度及相分离现象的影响.结果表...     

Na_2SO_4·10H_2O复合相变储冷体系的热力学性质

目的　研究制备相变温度在 5～ 1 0℃之间的新型空调储冷材料 .方法　测定以Na2 SO4· 1 0 H2 O为主要成分的低共熔混合体系的相变温度随组成变化的关系 ,确定适宜配方 .研究抑制过冷和相分层现象的方法 .结果　由质量分数为 80 %的 Na2 SO4· 1 0 H2 O、2 %～ 8%的 KCl、5 %～ 1 0 %NH4Cl和 1 %～ 5 %( NH4) 2 SO4组成的低共熔水合盐体系的相变温度降至 9～ 1 0℃ .结论　加入无机盐 KCl,NH4Cl,( NH4) 2 SO4或 Na Cl可降低 Na2 SO4.1 0 H2 O的相变温度 .加入成核剂和增稠剂是解决过冷和相分层的有效方法 .     

无机水合盐相变储热材料的过冷及导热性能研究进展

综述了添加成核剂、多孔基体吸附、微胶囊法封装等方法改善无机水合盐相变储热材料的过冷以及将无机水合盐相变储热材料与高导热的多孔基体、纳米材料复合改善储/释能过程中的导热性能的研究进展.     

五水硫代硫酸钠相变蓄热材料的制备

为克服Na2S2O3·5H2O存在的过冷和相分离现象,以CaSO4·2H2O、萘酚等为成核剂,并以羧甲基纤维素(CMC)、活性白土和水溶性石蜡为增稠剂对Na2S2O3·5H2O进行改性,通过步冷曲线和DSC分析对改性后的Na2S2O3·5H2O蓄/放热性能进行研究.结果表明:CaSO4·2H2O、萘酚以及萘酚-NaCl对Na2S2O3·5H2O均有明显改性效果;对于Na2S2O3·5H2O-CaSO4·2H2O体系,增稠剂用量相同时,水溶性石蜡及活性白土的增稠效果优于CMC;经CaSO4·2H2O和活性白土体系改性后的Na2S2O3·5H2O最高放热温度在43~48℃之间变化,放热时间最长可达80min以上,且均可在27℃以上完成结晶过程并释放热量;经萘酚-NaCl体系改性后的Na2S2O3·5H2O具有良好的稳定性,经过不同次数吸热/放热循环后的相变温度在41~46℃之间变化,放热时间均可维持在70 min以上;改性后的Na2S2O3·5H2O相变焓在150~180 J/g之间,其蓄/放热过程无相分离现象.     

多壁碳纳米管对水冻结过冷度影响的试验研究

无机相变材料在冻结相变过程中普遍存在着过冷现象,限制其应用和发展.针对水过冷问题,试验研究多壁碳纳米管对水冻结相变过冷度的影响,试验给出了纯水和多壁碳纳米管/水系统在水冻结过程中的温度变化特征,重点分析多壁碳纳米管的添加比对水冻结过冷度的影响.试验结果表明,多壁碳纳米管的加入可显著地降低水体冻结过冷度,并且随着添加比例的增加,水体冻结的过冷度将获得进一步的降低,有效地缩短了水冻结相变时间.     

氧化石墨烯纳米流体过冷度及非均匀成核条件研究

为研发过冷度低的相变蓄冷材料,降低冰蓄冷系统的能耗,实验测试了5种不同浓度的水基氧化石墨烯纳米流体的过冷度,并采用非均匀成核理论计算了在氧化石墨烯纳米薄片上的成核条件。实验结果表明,跟去离子水相比,各种浓度纳米流体的过冷度均受到了极大抑制,最大可降低69.1%,而且成核时间也大大缩短。理论计算表明:在单层氧化石墨烯纳米薄片的侧面(厚度)上成核需要很大的过冷度,只有当纳米薄片的重叠层数达到6层以上或重叠后的厚度超过6nm时,有效成核对应的过冷度才接近本实验条件下氧化石墨烯纳米流体的最大过冷度;要在纳米薄片的上下表面成核,过冷度与纳米薄片边长的乘积必须大于或等于2.446×10-8 m·K,借助纳米薄片的粒径分布和过冷度实验结果,验证了氧化石墨烯纳米流体满足这一成核条件。研究结果表明,氧化石墨烯纳米薄片可以作为降低相变材料过冷度的成核剂,对冰蓄冷和快速制冰行业具有重要的指导意义和实用价值。     

环境温度对无机水合盐相变材料过冷行为的影响机理

建立过冷度测试装置,通过绘制相变过冷曲线、差示扫描量热曲线(DSC)等,研究环境温度对无机水合盐过冷行为的影响,分析环境温度与相变过冷度、相变驱动力的关系,并提出其影响机理。研究结果表明:相变升温持续时间随环境温度升高而延长,相变开始时间随环境温度升高而延迟,相变过冷度随环境温度升高而降低;相变材料与环境发生热交换损失的热量(ΔG_E)、成核结晶部位的迁移热(Q_q)作为相变阻力,对无机水合盐过冷行为产生较大影响,导致CaCl_2·6H_2O相变过冷度随所处环境温度的升高而降低,变化幅度为0.1~19.9℃。     

新型冷链物流用复合相变材料制备及过冷度影响因素

针对冷链物流冷冻温区应用场合,提出将三羟甲基丙烷、氯化铵、水组成三元复合相变蓄冷材料,利用差示扫描量热仪筛选得到了性能较为优异的复合材料,其质量比为1∶2∶7,相变温度为-19.4℃,潜热焓为250.5 kJ/kg。实验研究了降温速率、冷却介质温度、容器尺寸和纳米颗粒(Al2O3,Fe2O3,TiO_2)对该材料过冷度的影响规律。结果表明:当降温速率从1.89℃/min逐渐减小至0.47℃/min时,过冷度降低幅度为40.9%;冷却介质温度从-30℃升高到-24℃的过程中,过冷度最大降低幅度为48.5%;容器直径从10 mm增大到20 mm的过程中,过冷度降低幅度达到39.5%;TiO_2纳米颗粒质量分数在0.4%时,过冷度降低效果最佳。由此可见,在一定范围内减小降温速率,增大冷却介质温度和容器尺寸,添加一定量的TiO_2纳米颗粒,可有效降低相变蓄冷材料的过冷度。     

几种结晶水合盐的热导率测量研究

用热敏电阻作加热元件和测温元件,采用比较法首次测定了适合用作相变储能材料的三水醋酸钠、二水醋酸锂、五水硫代硫酸钠在10～80℃的热导率,其实验热导率的不准确度依次为±3.3%,±2.7%,和±3.2%.同时,还报道了实验中观测到的三水醋酸钠、二水醋酸锂、五水硫代硫酸钠的熔点依次为50℃,70℃和55 C,这些测量值在1～2℃的误差范围内与文献值吻合.     

提高小本体聚丙烯透明性的研究

以小本体聚丙烯为原料，通过添加成核剂和相对分子质量调节剂，制备了具有良好透明性能的小本体聚丙烯，探讨了成核剂、相对分子质量调节剂对透明性的影响。通过XRD谱图分析表明，成核剂的加入能有效地降低体系β晶型的含量，从而有效提高其透明性。     

Na2SO4·10H20和Na2HPO4·12H2O体系的相变特性

主要研究了Na2SO4·10H2O体系、Na2HPO4·12H2O体系及它们的复合体系的相变特性,测定了升温曲线和降温曲线,并初步探讨了体系中分层和过冷现象的解决措施.研究结果表明,Na2SO4·10H2O体系的相变温度为33 ℃左右,由于它是一个不一致溶化合物,易产生分层现象,采用的增稠剂CMC可以显著改善分层现象,有轻微的过冷现象存在.Na2HPO4·12H2O体系的相变温度约35 ℃,冷却过程中没有分层现象,但过冷现象严重,(3%硼酸+3%硼砂)对改善该体系的过冷度有一定作用,但效果不佳.结合两个体系的实验结果,尝试了将Na2SO4·10H2O体系和Na2HPO4·12H2O体系进行复合以期得到新的相变特征, (80%Na2SO4·10H2O + 20%Na2HPO4·12H2O)复合体系的相变温度为28～29 ℃,重复实验结果表明该体系重复性好,相变温度稳定,分层和过冷现象基本消除.     

饱和一元脂肪醇类相变材料的蓄热特性

以探索饱和一元脂肪醇作相变蓄热材料的可能性为目的,文中选择十八醇进行了量热学的实验研究。基于提出的凝固点和过冷度研究方法,由试验测得十八醇的凝固点为57.12℃ ,过冷度为0.01℃。十八醇的相变热为242.85J/g。另外,经50次冷热循环,十八醇凝固点与相变热的偏差分别为0.26 %和0.18%。上述结果表明十八醇为相变热大、过冷度小、热稳定性良好的相变材料.     

Na2SO4·10H2O和Na2HPO4·12H2O体系的相变特性

主要研究了Na2SO4·10H2O体系、Na2HPO4·12H2O体系及它们的复合体系的相变特性,测定了升温曲线和降温曲线,并初步探讨了体系中分层和过冷现象的解决措施.研究结果表明,Na2SO4·10H2O体系的相变温度为33 ℃左右,由于它是一个不一致溶化合物,易产生分层现象,采用的增稠剂CMC可以显著改善分层现象,有轻微的过冷现象存在.Na2HPO4·12H2O体系的相变温度约35 ℃,冷却过程中没有分层现象,但过冷现象严重,(3%硼酸+3%硼砂)对改善该体系的过冷度有一定作用,但效果不佳.结合两个体系的实验结果,尝试了将Na2SO4·10H2O体系和Na2HPO4·12H2O体系进行复合以期得到新的相变特征, (80%Na2SO4·10H2O + 20%Na2HPO4·12H2O)复合体系的相变温度为28～29 ℃,重复实验结果表明该体系重复性好,相变温度稳定,分层和过冷现象基本消除.     

非晶态固体相分离和结晶的关系

离子场强和混溶温度是影响非晶态固体相分离和结晶的主要因素,相分离为玻璃的结晶成核提供一种驱动力;相分离产生的界面为晶相的成核提供了有效的成核位;相分离导致两液相中的一相具有比母相明显大的原子迁移率来促使系统均匀成核,相分离和结晶之间也存在着一些不确定的因素。