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有机蓄热相变材料的热化学研究

付江辉  
【摘要】:蓄热技术利用相变材料(Phase Change Material,PCM)的相变热 来储存热能。主要用于调节城市电力峰谷负荷,以提高能源利用效率。 该技术可以充分利用可再生能源太阳能,有利于保护环境。 本研究对蓄冷 PCM 的综合特性进行了评价,选定以一元脂肪醇 PCM 为研究对象。进行了材料的相变温度、过冷度、相变热和热稳定 性等几方面特性的热化学研究。 依据相变温度,得出了在7~10℃范围内的 6个合适的混合醇 PCM 蓄冷配方以及正十八醇蓄热PCM 配方。进一步研究发现,混合醇配方 的相变热小于混合醇中组分的平均相变热,约为平均相变热的 20%。 但是,正十八醇的相变热较大,为 242.85J·g-1,可用作蓄热 PCM。 热稳定性研究中,以正十六醇与正癸醇的混合物为研究对象。50 次冷热循环后,凝固点与初始凝固点的偏差为 0.72%,熔化热的偏差 为 0.68%,过冷度几乎无变化。该结果表明,醇类 PCM 有良好的热稳 定性。 同时,本研究针对有机 PCM 导热性能差的特点,进行了有机蓄热 PCM 的改性研究。该研究采用热动力学分析方法,选择国产 54#石蜡 为改性对象。筛选出了用来描述石蜡结晶过程的 Avrami模型,并求得 石蜡在 44.0℃时的结晶速率常数 k 为 0.117×10-4min-1。在石蜡中添加 II WP=5 北京化工大学硕士研究生毕业论文 了碳纤维、导电高分子材料以及纳米 Mg(OH)2等改性剂,但研究结果 表明它们并不适合用作石蜡的导热性能改进剂。此后,在 44.0℃条件 下,分别向石蜡中添加铜丝和铝粉,结晶速率常数变大,为 0.138× 10-4min-1 和 0.154×10-4min-1,分别提高了 17.95%和 31.62%,表明添 加铜丝和铝粉能起到强化石蜡传热的作用。


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