冻融条件下相变沥青混合料的低温抗裂及调温性能

为研究相变材料对温拌沥青混合料的低温抗裂性影响规律及其低温调温性能,采用低温劈裂试验、约束试件温度应力试验、核磁共振技术、差示扫描量热法进行表征,并实测了试验路段面层温度。结果表明：相变材料在升降温过程中均能很好地实现吸热放热,通过焓值对比发现其在降温过程中的调温效果更加明显;根据试验路段现场测温可知,相变沥青路面比普通沥青路面高6℃左右,降温开始时间延迟了60 min左右。而随着相变材料掺量的增大,相变沥青混合料的劈裂强度降低,冻断温度和转折点温度升高,孔隙率增大,这都降低了沥青混合料的低温抗裂性。相关性分析表明,孔隙度与低温劈裂强度、冻断温度和转折点温度的相关系数都在0.97以上,各指标紧密关联。可见,将相变材料掺入沥青混合料能够有效提升沥青路面内部的温度,但会对沥青路面的抗裂性能造成一定的负面影响。同时,冻断温度和转折点温度的Logistic曲线拟合发现,当相变材料掺量为3‰时,沥青混合料的强度既能保证规范要求,又能表现出稳定的调温性能。     

骨料级配对相变沥青混合料性能的影响

相变沥青混合料是一种可以调节沥青混凝土路面温度的新型功能性路面材料,其中,沥青混合料骨料级配对相变沥青混合料的路用性能和调温性能有何影响值得深入研究。本文选择两种复合定型相变材料(CPCM)石蜡/膨胀石墨/高密度聚乙烯(简称为PHDP)和道路温度调节材料(简称为DTC)两种相变材料,首先利用傅里叶红外光谱(FT-IR)试验,对CPCMs与沥青之间的反应进行了定性分析。其次,分别制备级配类型为AC-16与AC-20的相变沥青混合料,通过路用性能试验和调温试验评价不同骨料级配对相变沥青混合料路用性能与调温效果影响影响。结果表明,两种CPCM与沥青之间均为物理反应;相比级配类型AC-16,AC-20可以显著提高含PHDP的相变沥青混合料的路用性能与调温效果,但是对于含DTC的相变沥青混合料的改善效果不显著。     

新型环氧树脂复合相变材料对沥青混合料调温性能影响

为解决相变材料用于沥青混合料热稳定性与力学性能不足的问题,采用环氧树脂与十五烷定形封装相变材料制备新型环氧树脂复合相变材料,并采用等体积替换法将其用于沥青混合料中。采用差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TG)与导热系数仪进行环氧树脂复合相变材料相变与热物特性测试分析;通过相变沥青混合料温度调控试验分析其调温性能与效果,并对相变沥青混合料路用性能进行验证。研究结果表明：环氧树脂复合相变材料相变焓值可达60 J/g以上,在180℃以内几乎不发生热损失,储热密度高、热稳定性良好;相变区间内表观比热容显著增大,升、降温过程中最大值分别为10.9和6.7 J/(g·℃);相变材料掺量(质量分数)越大温度调控效果越好;调温性能与混合料位置相关,相变沥青混合料最大调温温差和最大温度变化速率降低值随深度增大而增大;各掺量下相变沥青混合料均具有显著的调温效果,掺量小于4%时相变沥青混合料均可满足路用性能要求。     

掺有定形相变胶囊的储能墙体传热性能数值研究

为了充分发挥相变墙体的调温节能效果,以掺有定形相变胶囊的储能墙体及其构成的相变房间为对象,并考虑室内空气的热响应,建立相变墙体及房间的传热理论模型.采用显热容法模拟了在周期性变化的室外边界条件下,相变储能墙体内的传热过程及室内空气的温度变化.计算结果表明:储能墙体中的相变胶囊含量是影响室内空气温度衰减的重要因素之一.相变材料最佳相变中心温度宜尽量接近墙体相变层中心温度,相变温度波动幅度的大小仅影响室内空气温度的波动区间,而对振荡的平衡温度影响较弱.     

有机相变蓄热材料对蔬菜大棚冬季温度的影响

选用有机相变材料对阳光蔬菜大棚进行了蓄热调温试验研究,蓄热材料相变温度19℃,相变潜热140 KJ/kg.建设相同条件的实验大棚和对照大棚,采用多点温度测试分别测量实验棚温度、对照棚温度和环境温度,以冬季月份测试数据进行实验分析.实验结果显示,冬季实验棚日平均温度高于对照棚1.7～2.6℃,高于环境日平均温度3.2～5.2℃;由此可以看出,实验棚采用有机相变材料蓄热调温效果明显,更有利于冬季蔬菜的生长.     

复合相变蓄热涂层的蓄放热调温特性

相变材料（PCM）与建筑围护结构相结合,可以有效利用间歇性可再生能源不均匀分布的特点,在温度变化较小的情况下吸收大量的热量,减小室温的波动。本文将微胶囊相变材料加入到腻子粉中制备复合相变涂料,利用扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热仪（DSC）和热重分析仪（TG）对其微观形貌、相变特性和热稳定性进行表征。将复合相变涂料应用于水泥板内表面,研究微胶囊相变材料(MPCM)含量对复合相变涂层蓄热调温性能的影响。结果表明：复合相变涂层的温度变化速率比普通涂层慢,随着微胶囊相变材料含量的增加,复合相变涂层与普通涂层的表面温差呈递增趋势。复合相变涂层能明显降低峰值温度和温度的波动范围,起到调节室温的作用。微胶囊相变材料含量从0％增加到30％,复合相变涂层与普通涂层的温差逐渐增大,最大为3.2 ℃。与普通涂层相比,随着微胶囊相变材料含量的增加,复合相变涂层室内温度保持24～28 ℃的时间逐渐增加,微胶囊相变材料含量为30％的复合相变涂层室内温度保持24～28 ℃的时间比普通涂层延长23.5 min。     

相变材料在集装箱建筑夏季隔热中的性能研究

集装箱无蓄能围护结构箱体能耗和室内温度波动都较大,传统的围护结构设计方法无法将室内温度有效维持在舒适的温度区间内.将相变储能技术合理地应用于集装箱围护结构设计中能够大大提升其热工性能并有效地调整室内的温度波动.以微胶囊相变材料为例,通过利用Design Builder软件模拟分析法研究建筑内扰、相变层设计等影响参数对其调温性能的影响规律,分析相变材料在集装箱箱体复合围护结构中的适应性设计方法,可知集中在白天使用的集装箱建筑采用厚30 mm、相变点为29℃的相变复合墙体能够有效提高建筑夏季热舒适度,得出集装箱相变复合围护结构优化设计方法及对室内热舒适的影响规律,为相变材料在集装箱建筑中的设计应用及评价方法提供了理论支持.     

相变蓄能材料在建筑节能中的应用

相变材料可以与传统建材复合成具有蓄热和调温功能的新型建筑材料。本文结合相变蓄能材料的性质、优点,把相变蓄能材料划分为三类,分析了其在节能建筑中的应用,并提出了以后应注意的问题。     

MA-SA/蒙脱土复合相变贮能材料的制备

用DSC法研究了豆蔻酸(MA)和硬脂酸(SA)二元混合物的热性能,确定了MA-SA二元低共熔物的组成为67.00:33.00,相变温度为43.13℃;在此基础上,研究了MA-SA二元低共熔物/蒙脱土复合贮能材料的制备方法,并用XRD、IR和DSC等方法对复合材料的结构和性能进行了表征与测试。研究结果表明:MA-SA被有效地包封在蒙脱土层间,制得复合材料的相变温度为41.86℃,相变焓为130.32J/g,贮能性能满足调温纺织品的要求。     

相变储能材料的相变过程温度模型

基于集总参数法和矩形相变等效比热假设建立了相变材料的相变过程温度模型．该模型与实验结果吻合很好．利用该模型定量研究了环境温度、相变潜热、相变温度范围和换热效率等多种因素对相变行为的影响，初步得出如下结论：环境温度对相变开始时间和持续时间均有明显影响，随着环境温度的升高，该二时间呈指数形式下降；相变材料的潜热对相变开始时间没有影响，对相变持续时间有明显影响，持续时间随潜热线性增加；相变温度范围对相变开始时间也没有影响，而相变持续时间随相变温度范围的增加平缓地增加；相变材料与环境之间的换热效率显著影响相变过程开始和持续的时间，二者随换热效率的提高呈指数形式下降．     

太阳能相变炕影响因素分析及热工性能模拟

本文设计了一种太阳能热水供热与相变蓄热组合的热炕供热系统,为提高蓄热炕的热响应,配置了高导热复合相变材料,利用数值模拟对炕体单元进行三维非稳态瞬态传热模拟。通过控制变量法,对太阳能相变蓄热炕的相变材料导热系数、相变温度、相变潜热等炕体热工特性影响因素进行模拟分析,得出:相变材料导热系数、供水温度、相变潜热对相变炕的热响应时间影响显著,且相变潜热决定放热时长,相变温度、相变温度范围对相变炕的垫面温度有明显影响。最后,以十二水磷酸氢二钠复合相变材料作为炕体的蓄热材料,对炕体进行蓄放热模拟设计,发现垫面温度昼间可达到17.1 ℃,夜间可达到30.3 ℃,可以很好地满足居民的热舒适要求。     

控温热箱法相变墙体传热性能实验研究

以填有相变材料的空心砌块所砌成的相变南外墙为研究对象,利用控温热箱装置研究其传热性能。研究表明:相变墙体的热惰性强于普通墙体,相变墙体对温度和热流的衰减与外界温度波幅的大小和平均温度有关,当外界温度波幅越大、外界平均温度与相变材料平均温度越接近,相变墙体对温度和热流的衰减和延迟效果越明显。所以相变墙体适合用于昼夜温差较大的地区,当相变温度与外界日平均温度相当则节能效果较好。     

相变蓄能建筑墙体研究进展

对相变材料在墙体中的封装方式(直接混合、宏观封装、微观封装和定形相变材料封装)、相变材料的种类和物性等方面的研究进行了归纳总结.从实验和模拟2个方面,对相变材料位于墙体表面和墙体内部影响室内环境和建筑能耗的研究进行了综述和评价.分析表明,微观封装和定形相变材料的封装效果较好;墙体用相变材料的相变温度一般在20~30℃范围内;相变材料层在墙体中的安装位置可分为墙体表面和墙体内部2种,但相变材料层在墙体内的最优位置并不固定,受相变材料物性、墙体材料以及室内外环境工况的影响.通过相变材料与墙体合理高效的结合,可充分发挥相变材料的高蓄热特性,提高墙体的热性能,达到调节室内环境温度、降低建筑能耗的目的.     

桥梁箱体结构自调温固液相变材料机理研究

在已有的相变材料及相变理论研究分析的基础上,提出了一种适用于桥梁箱体结构"自调温"的石蜡-稻壳灰相变储能混凝土新型材料。通过研究该新型材料对混凝土温升过程中的影响规律,提出了相变储能稻壳灰混凝土吸热温升估算公式。进一步地,通过对普通混凝土与相变储能混凝土箱体结构温度场数值模拟及对比,分析了其在混凝土箱体结构中的"自调温"效用。     

形状记忆材料的热力学设计

以新一代溶液模型考察了合金元素对Fe-Mn-Si基合金层错能的影响，并预测了Fe-Mn-Si合金面心立方(fcc)→密排六方(hcp)马氏体的相变温度．应用规则溶液模型计算了含Ce和Y的ZrO2基陶瓷四方(t)→单斜(m)马氏体相变的自由能，结合测得ZrO2基陶瓷的强度，预测了马氏体相变的开始温度．对Ni-Mn-Ga磁驱动记忆合金的磁性转变温度Tc、体心立方至体心正方(bcc→bct)马氏体相变温度Tmart和饱和磁化强度Ms与成分的关系进行了优化，提出了具有较佳综合性能的成分范围．应用热力学方法对Fe-Mn-Si基合金、ZrO2基陶瓷和Ni-Mn-Ga铁磁合金等形状记忆材料作出的成分设计均与实验结果符合较好．     

桥梁箱体结构自调温固液相变材料的机理

在已有的相变材料及相变理论研究分析的基础上,提出了一种适用于桥梁箱体结构"自调温"的石蜡-稻壳灰相变储能混凝土新型材料。通过研究该新型材料对混凝土温升过程中的影响规律,提出了相变储能稻壳灰混凝土吸热温升估算公式。进一步地,通过对普通混凝土与相变储能混凝土箱体结构温度场数值模拟及对比,分析了其在混凝土箱体结构中的"自调温"效用。     

相变防护服的数值研究

利用简化传热模型，以皮肤表面温度为参考，研究了相变防护服在0℃海水及火场两种极端条件下的防护性能与相变材料的潜热、熔点及厚度的关系．研究发现相变防护服在极端温度条件下具有良好的防护性能，可大大延长相关人员的作业时间；所选相变材料的熔点和潜热对相变防护服的性能有重要影响，潜热大且熔点高的相变材料的防护性能好；在重量允许的范围内相变防护服的性能随厚度的增加有明显提高．     

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...     

原位反应烧结制备熔盐/尖晶石复合高温相变储能材料的研究

以电熔镁砂和白刚玉为镁铝尖晶石陶瓷基体原料,以氯化钾、氟化钾复合盐为相变材料,用原位反应烧结法制备熔盐/尖晶石复合高温相变储能材料,研究烧结温度、熔盐含量对熔盐/尖晶石相变储能材料性能的影响.采用XRD和SEM对材料进行表征,通过DSC分析测定材料相变潜热,结果表明,烧结温度为1 000 ℃和熔盐含量为40%时,所制备的储能材料的相变潜热为70.98 kJ/kg,蓄热密度为240 kJ/kg(ΔT=100 ℃),储热性能较好.     

相变微胶囊半径及含量对织物热湿性能影响数值研究

为了指导织物内相变材料的设计,基于织物热湿耦合模型,发展了一个考虑附加相变微胶囊影响的织物内热湿传递模型．采用控制体积法和有限差分法对模型方程进行了求解．预测结果和实验数据吻合良好．基于所建模型,研究了相变微胶囊半径及含量对织物热湿性能影响．数值结果表明,在当织物温度达到相变材料（PCM）的相变温度区间时,相变材料具有延迟织物内温度变化作用．PCM半径越小延迟温度变化幅度越大,但延迟时间短．PCM含量越多延迟织物温度变化的效果越好．