多组相变材料多个热物性的同时测定性

相变储能可应用在许多领域.相变材料(PCM)的热物性对其筛选和应用有重要意义.PCM的比热和潜热的测量方法一般可分成3类:常规卡计法、差热分析法(DTA)和差示扫描量热法(DSC).虽然DTA和DSC法优点很多,但缺点也是明显的:所用试剂很少(1～10mg),导致试剂的热物性常常与实际应用中的大块材料和热物性有差别;不能测定导热系数和热扩散率.常规卡计法几乎都不能同时测定多种PCM试样的比热、潜热、凝固点和导热系数,且PCM的相变过程不易观察.鉴于上述,我们发展了一种能够测定多组相变材料凝固点、比热、潜热、导热系数和热扩散系数的新方法——参比温度曲线法.     

潜热型功能热流体层流强化传热分析新模型

建立了分析潜热型功能热流体的层流强化传热的新模型. 该模型的主要特征是: (1) 应用新推导的潜热型功能热流体定压比热公式; (2) 考虑了真实的相变传热过程, 即, 相变微胶囊与单相工作流体间换热, 壁面与两相混合流体间换热; (3) 用新建立的轴对称双倒易边界元和有限差分联合的数值方法求解该数理方程. 新模型的可靠性用已有实验结果进行了验证. 得到了一些新的物理结果, 如定压比热在空间与时间随相变传热过程变化的特征, 捕获了相变界面随时间推进图像, 等等, 还数值分析了影响潜热型功能热流体强化传热的几个主要物理因数, 对该功能流体强化传热机理获得了一些新认识.     

一种基于准稳态方法的新型多功能热物性测定仪

本工作设计并建立了一种多功能热物性测定仪,利用这种仪器,可在一次实验中完成相变材料的潜热γ、相变温度t_f~*、固相和液相的真比热C_p、导热系数λ和导温系数α的测定。 所建仪器的工作原理是基于下述物理模型:将待测试样装入一扁平的圆盒内,自试样顶面由热源     

相变蓄能建筑围护结构热性能研究进展

改进建筑围护结构热性能是建筑节能的重要途径. 相变蓄能建筑围护结构对于有效利用可再生能源, 降低建筑运行能耗, 节省运行费用, 提高建筑热舒适度, 减小环境污染和温室气体排放具有重要意义. 介绍了理想节能建筑围护结构概念, 以此指导建筑围护结构材料遴选和热性能设计; 对国内外相变建材和相变蓄能围护结构的研究进展进行了综述, 并指出了需要解决的问题.     

低温量热原理及在材料研究中的应用

低温量热技术是测量凝聚态物质比热性质的实验方法,而比热是物质最重要的基础热力学性质.通过比热测量与研究,不仅能够获取物质熵、焓和吉布斯自由能等基础热力学函数,还可以用于研究和理解晶格振动、金属、超导、电子及原子核磁性、稀释磁系统、结构相变等具有重要理论与应用研究价值的科学问题.本文结合当前众多新兴功能材料对其热力学性质研究的迫切需求,详细介绍了比热的基本含义以及测量凝聚态物质比热的主要量热方法,并举例说明了低温量热技术在材料热力学性质研究中的应用.     

加热器顶置间接加热GeTe相变的四端口高速射频开关

针对传统加热器中置间接加热相变开关的固有切换速度缓慢难题,本文提出一种加热器顶置的射频开关新结构,即加热器顶置的间接加热相变材料四端口开关(four-port indirect heating phase change switch with a top microheater, FIPCS-T),通过热传导过程自上而下的定向性,建立了更加有效的焦耳热能量利用方法.新结构中不同射频参数的仿真表明, FIPCS-T结构对升温过程和淬火过程均能有效缩短相变材料达到临界温度的时间,升温过程比淬火过程的缩短更加显著.相比于传统中置间接加热相变开关, FIPCS-T的升温-淬火环节时间缩短20%以上,这不仅显著提高了切换速度,同时还降低了相变材料的重结晶风险,结合相变材料本身具有的高频低损耗特征及其器件结构设计的灵活性,从而可在微波、毫米波、太赫兹等超大范围频段内提供反射小、插损低和端口隔离度高的高速射频开关.尽管人们对GeTe相变材料在信息存储等方面的应用开展了多年研究,但其特殊相变特征能否解决未来射频开关面临的高性能需求,仍然存在诸多挑战.本文研究结果表明, GeTe热相变机理与PIN二极管...     

应用于深井脉冲源装备的有序堆积相变胶囊热防护数值研究

针对深井恶劣环境下脉冲功率源装备内电子元件的热防护问题,本文利用数值方法对比了多种有序堆积相变胶囊复合结构的热防护性能,探究了相变胶囊尺寸、堆积方式等对热防护性能的影响,提出了热流密度评价指标与内壁温度数学预测模型.结果表明,相变微胶囊-玻璃棉复合结构具有较好的热防护性能,内壁温上升速率相较于玻璃棉填充结构可降低13.8%,但相变材料的含量制约着热防护效果;使用大尺寸的相变胶囊,增大相变材料比例的同时可形成封闭气孔,相比于相变微胶囊-玻璃棉复合结构,内壁温升幅度进一步降低了19.3%.通过改善相变胶囊堆积结构,发现采用大尺寸相变胶囊单层阵列结构的热防护性能更优.最后,提出了相变胶囊单层阵列热防护结构下内壁温升预测公式,预测值与数值模拟结果的平均误差低于7%.     

VO2相变机制和掺杂改性的第一性原理研究进展

VO₂具有“半导体-金属”相变特性,能够随温度变化自动调节近红外光透射率和电阻,在热开关、光学传感器、信息存储器件、智能窗以及非制冷焦平面探测器等方面具有广阔的应用前景,是一种备受关注的热致变色材料。首先,通过简要介绍VO2基本物理化学性质及相变原理的实验研究现状,着重综述了基于密度泛函理论的第一性原理计算在VO2相变机制研究中的最新进展,即VO₂的相变是Peierls和Mott相变机理相耦合的结果。其次,围绕能带调控,分金属元素和非金属元素两大类,综述了第一性原理计算在VO2掺杂改性中的应用。再次,指出了当前研究中存在的争议,即不同第一性原理计算方法得到的计算结果差别很大,因此在选择计算方法的类型时需要十分谨慎。最后展望了第一性原理计算在VO2材料研究中的应用前景。     

Pb(Zr,Sn,Ti)O3反铁电-铁电陶瓷热释电谱

改性Ｐｂ（Ｚｒ,Ｓｎ,Ｔｉ）Ｏ３反铁电－铁电陶瓷存在着多种晶体结构,随着变化会发生相变而影响材料的性能,研究了铌改性Ｐｂ（Ｚｒ,Ｓｎ,Ｔｉ）Ｏ３反铁电－铁电陶瓷温度诱导相变中的热释电效应,结果表明,温度诱导相变引起电荷突变形成光锐的热释主电峰,热释电峰的２和位置取地相变的类型和温度,组分和初相态变化 导致的不同相态变化过程形成峰形和峰位不同的热释电谱,热释电谱不仅可以显示极化强度随的变化情况而且可     

有效势的改进计算和Higgs模型的对称性恢复相变

早在70年代,科学家就提出在高温高密条件下被自发破缺的规范对称性会得到恢复,并给出了研究这类问题的方法.近来弱电相变再次引起人们的极大兴趣,这是由于它对解释宇宙中的重子数不守恒有重要意义,同时宇宙模型也依赖这类相变的具体特性,即到底是一级相变还是二级相变.因此有必要更仔细地研究这类相变.分析相变的基础是有效势,但通常的有效势计算中存在两个困难.本文将利用硬热圈的重求和给出一种有效势的自洽计算途径,并利用它讨论Higgs模型中的对称性恢复相变.     

基于相变过程的格子Boltzmann模型及应用

基于SC模型提出了一种新的描述气液相变过程的格子Boltzmann模型. 通过对单组分相变过程的模拟, 验证了该模型的正确性. 通过对vdW流体的模拟以及与Maxwell构建原理的对比, 发现相对于SC和Zhang模型, 新模型能够得到与理论解相近的结果, 计算产生的最大伪速度介于SC和Zhang模型之间, 但扩大了温度的变化范围, 提高了模型的最大分离密度比, 使得新模型计算更加稳定, 适用范围更加广泛. 根据工程热力学中的对比态原理, 以工程中常用氨和水两种工质为例, 利用新模型分别模拟不同状态方程控制下的相变过程, 并与实验值进行了比较, 结果表明P-R状态方程更加适合描述氨和水等物质的相变过程, 特别地, P-R状态方程模拟结果与氨的实验值更加接近, 结果具有重要工程意义.     

毛细芯热管的相变驱动机制与模型

现有的热管理论一般认为, 毛细抽力是毛细芯热管运行的唯一驱动机制. 通过建立毛细芯热管内液体和蒸汽流动的热-电模拟回路, 提出了毛细芯热管运行的相变驱动机制, 而且, 通过分析毛细芯热管蒸发界面和冷凝界面之间工质的传输过程, 建立了描述这一驱动机制的数学模型. 以水作为工质, 给出了毛细芯热管的驱动压头和流动阻力的一组算例. 计算发现, 尽管热管的相变驱动压头小于毛细驱动压头, 但前者是一个不容忽略的运行机制. 应用本方法, 可以对毛细芯热管的运行机制和传热极限作出合理解释, 并对毛细芯热管, 特别是微小型毛细芯热管作出较为准确的设计和计算.     

Pb(Zr, Sn, Ti)O3反铁电-铁电陶瓷热释电谱

改性Pb(Zr,Sn,Ti)O₃ 反铁电-铁电陶瓷存在着多种晶体结构, 随着温度变化会发生相变而影响材料的性能. 研究了铌改性Pb(Zr,Sn,Ti)O₃反铁电-铁电陶瓷温度诱导相变中的热释电效应. 结果表明, 温度诱导相变引起电荷突变形成尖锐的热释电峰, 热释电峰的形状和位置取决于相变的类型和温度. 组分和初相态变化导致的不同相态变化过程形成峰形和峰位不同的热释电谱. 热释电谱不仅可以显示极化强度随温度的变化情况而且可以测定出弱的次级转变, 如在介电温谱中难以观测的反铁电AFE_A-AFE_B 铁电FE_L-FE_H 之间的相态转变在热释电谱中都有明显的热释电峰. 作为一种弱电测量方法, 热释电谱可以完整地反映Pb(Zr,Sn,Ti)O₃ 反铁电-铁电材料相态随温度变化的情况.     

磁性相变微胶囊的制备与表征

以石蜡为芯材, 脲醛树脂(UF)为囊材, 纳米铁粒子为磁性材料, 用原位聚合法制备了磁性相变微胶囊. 采用差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)和电感耦合等离子直读光谱仪(ICP)对产品的热性能、表面形态、磁性能以及微胶囊中纳米铁粒子含量进行了表征和测量, 研究了纳米铁粒子的加入对微胶囊的表面形态的影响. DSC测试结果显示石蜡微胶囊化后并不影响其相变点, 保持了石蜡原有的储热特性. VSM和ICP测试表明磁性相变微胶囊的比饱和磁化强度和剩余比磁化强度等磁性参数随纳米铁粒子含量的增加而增大.     

沈丘陨石热试验的穆斯堡尔谱研究

穆斯堡尔谱(以下简称穆谱)作为一种指纹技术可以准确地测定铁元素在陨石各物相中的分布、价态以及辉石中铁的有序-无序程度,从而可对陨石进行分类.尤其是研究在氧化和还原气氛下试烧陨石所发生的相变,可以探讨陨石的变质历史、陨落过程中的氧化作用和地球上的风化作用,进而为研究陨石甚至太阳系的形成和演化提供了有力证据.     

突破液氢温度的热驱动热声制冷机

提出了一种“二介质耦合声学放大器”作为热声发动机与低温脉冲管制冷机的新型耦合机构, 使其继续保持压力幅值放大的功能, 且能够在热声发动机和脉冲管制冷机之间安装弹性膜. 利用此新型耦合机构, 可以使热声发动机以氮气为工作介质获得较低的工作频率, 而脉冲管制冷机则可采用氦气为工作介质使其优良的低温制冷性能得到保证. 采用聚能型行波热声发动机驱动, 最终使一台两级脉冲管制冷机获得了18.7 K的无负荷温度, 使热驱动的热声制冷机突破了液氢温度.     

金属有机杂化型相变化合物四氯合锌酸二吡咯烷的设计合成和性质

利用有机含氮杂环小分子吡咯烷与氯化锌、盐酸反应,制备得到1例新颖的金属有机相变化合物——四氯合锌酸二吡咯烷.通过差热扫描量热(DSC)测试,在升温(339.5 K)和降温(320.5 K)过程中出现可逆的热力学相变峰和较大的的热滞(19 K),表明该化合物发生了可逆的一级相变.对其变温介电常数进行分析,室温下低介电态到高温下高介电态的转变进一步证实了化合物发生结构相变.通过变温X射线单晶衍射,研究了晶体在150和353 K晶体结构,揭示了其相变机理,表明锌离子的相对位移是该化合物相变的主要原因.     

锂离子电池热失控扩展特征及抑制策略研究进展

锂离子电池在能量密度和工作电压等关键工作性能方面具有很大的优势,广泛应用于电化学储能系统中.锂离子电池由于具有能量密度高、电解质易燃、隔膜稳定性低等特性,不可避免地出现热失控等安全问题.若局部区域电池的热失控事件不能有效控制,将导致热失控事件扩展至系统层面,造成严重安全问题.因此,在电池体系未能取得重点突破,本征安全问题不能根本解决时,锂离子电池热失控扩展的有效抑制尤为重要.本文针对锂离子电池热失控扩展问题,首先介绍了热失控触发诱因与机理;然后从电气特征和传热特征两个角度阐述了热失控扩展特征,为热失控扩展的抑制策略设计提供理论支撑;最后在介绍典型单体热失控及其扩展模型基础上,从散热与隔热、相变材料技术、兼顾常规工况的策略三方面对热失控扩展抑制策略的研究现状进行了总结,指出了进一步研究的方向和关键所在,可为锂离子电池系统安全性能的提升提供理论基础和工程应用指导.     

一种大幅度提高热声发动机压比的“声学泵”

压比是评价热声发动机的重要参数之一. 提出了一种可以大幅度提高热声发动机的“声学泵”, 并给出了其工作原理的理论分析. 采用2.5 MPa的氮气在一台聚能型的行波发动机进行了实验, 表明它可以将压比从1.25提高到1.47以上.     

汽液两相系统非平衡相变过程的定压比热研究

以空气-水蒸气-水组成的两相流混合物为例,应用两相流及热物理理论,推导了有相变的两相流系统非平衡过程的定压比热计算式,并应用相应的数值模型进行计算,同时与平衡相变过程的结果进行了比较.计算结果表明,在蒸发过程中,初始的流场温度越高,颗粒半径越小,质量分数越大,定压比热变化得越快.比较平衡过程的定压比热,在每一时刻,平衡过程的值要高于非平衡过程.