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《中国建筑材料科学研究总院》 2018年
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基于温度参比法的材料相变区间及相变焓的确定

何雨翔  
【摘要】:相变材料在很小的温度范围内吸收或释放大量热量,具有储能和控温功能。相变区间和相变焓是相变材料最重要的考核指标,准确测定相变区间和相变焓是相变材料应用的前提。本文研究相变材料的相变区间和相变焓的确定方法。选取四种典型相变材料:癸酸、十八烷、六水氯化钙复合物(YP-24)以及石蜡。它们分别代表不存在和存在过冷现象的单分子有机相变材料、无机水合盐和多分子混合有机相变材料。采用温度参比法测定相变材料温度-时间曲线,通过温度一阶、二阶导数确定切点,以切线法确定四种相变材料的相变区间。研究发现:癸酸、十八烷和石蜡在降温过程中不存在过冷且存在二阶导数极大值点、拐点和一阶导数极小值点;十八烷和YP-24在降温过程中存在过冷且存在一阶导数极小值点和拐点;癸酸和十八烷在升温过程中存在二阶导数极小值点、拐点和一阶导数极大值点;引入极值参考点,极值参靠点对应的一阶导数为一阶导数极大值,YP-24和石蜡在升温过程中存在极值参考点、拐点和一阶导数极大值点。通过特征温度点处的切线确定癸酸、十八烷、YP-24以及石蜡的相变区间,结晶区间分别为:31-29℃,29-26℃,20-24-22℃,27-23℃;融化区间分别为:29-32℃,27-30℃,22-27℃,22-27℃。改变原温度参比法数据处理过程,得到四种相变材料的焓温曲线,焓温曲线能够反映十八烷和YP-24的过冷现象。利用焓温曲线和相变区间,确定癸酸、十八烷、YP-24以及石蜡的相变焓,结晶焓分别为 179.1 J/g,200.1 J/g,140.9 J/g 和 135.6 J/g;融化焓分别为 169 J/g,205.9 J/g,145 J/g和112.8 J/g;相变焓标准差率均小于10%。引入临界比热容12.6 J/(g·℃)判断相变区间内储能潜热特征,四种相变材料相变区间内相应温度段比热容大于临界比热容(YP-24过冷温度段除外),且包含较宽的温度区间。采用此方法确定的相变区间和相变焓符合工程计算需要。比较DSC法与温度参比法测试结果。通过DSC法确定癸酸、十八烷、YP-24以及石蜡的相变区间和相变焓;结晶区间分别为:28-27℃,28-27℃,21-17℃,26-22℃:融化区间分别为:31-33℃,28-30℃,22-26℃ 和 23-28℃:结晶焓分别为 161.2 J/g,234.2 J/g,116.1 J/g 和 108.9 J/g;融化焓分别为 158.5 J/g,225 J/g,107 J/g和110.2 J/g。温度参比法确定的相变区间宽于DSC法;确定的相变焓也一般人于DSC法,十八烷例外;温度参比法与DSC法结晶焓相差较大,无机水和盐类相变材料测试结果相差较大,相变材料的体积效应体现在相变区间变宽以及相变焓测试偏高。利用温度参比法和L9(34)正交试验表研究氯化钙、六水氯化锶以及纳米二氧化硅质量分数对六水氯化钙结晶和储能性能的影响。分析结果表明:氯化钙质量分数是影响六水氯化钙结晶和储能性能的主要因素,纳米二氧化硅和六水氯化锶质量分数可改善六水氯化钙结晶和储能性能。
【学位授予单位】:中国建筑材料科学研究总院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TB34

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