十二水硫酸铝钾相变蓄热材料研究进展

十二水硫酸铝钾[KAl(SO_(4))_(2)·12H_(2)O]具有相变潜热高、价格低廉和安全无毒等优点,是一种来源丰富的中低温无机水合盐相变蓄热材料,可以广泛应用在谷电蓄热、建筑供暖、产品节能、太阳能热利用以及电池热管理等领域。过冷度大与导热系数低等诸多水合盐的共性问题,严重影响了其蓄放热性能。十二水硫酸铝钾的相变温度偏高,将其制备成共晶或非共晶复合相变材料可以降低相变温度,由此扩大应用范围。本文通过对近年来十二水硫酸铝钾相变蓄热材料相关文献的梳理,综述了减小过冷度、提高导热系数以及复合调温的策略,着重阐述了成核剂、导热增强剂以及调温剂对十二水硫酸铝钾热物性能的影响,并介绍了十二水硫酸铝钾及其复合相变材料的主要应用研究情况。最后,对未来相关工作的研究方向进行了展望,包括新型添加剂及其对基材作用机理的探索、大量的熔化-凝固循环后结晶水损失的抑制和热可靠性的保障,以及相关应用领域的进一步拓展,为促进十二水硫酸铝钾相变蓄热材料的发展和实际应用提供借鉴。

纳米金属/石蜡复合相变蓄热材料的实验研究

以石蜡为相变材料基体、纳米金属铜、镍、铝、铁和锌为导热增强剂、油酸为分散剂,采用超声波震荡法制备纳米金属/石蜡复合相变蓄热材料体系。通过复合蓄热体系的步冷曲线分析,结果显示纳米铁为有效导热增强剂。对不同质量分数纳米铁/石蜡复合相变蓄热体系进行DSC和导热系数测试分析,结果表明:随着纳米铁质量分数的增加,复合材料的导热系数逐渐增大,相变潜热值逐渐降低,相变温度变化不大;纳米铁质量分数为0.1%时,复合材料的固态导热系数可增大2.8倍,相变潜热值下降1.1%。

纳米成核剂对三水醋酸钠蓄热性能的影响

三水醋酸钠是一种熔点适宜,潜热值较高的相变储热材料,在太阳能热利用方面具有广泛的应用前景。但是在其凝固过程中,相分离和过冷问题严重影响了蓄热性能,限制了其应用。以几种纳米材料(纳米氧化铝、纳米铜、碳纳米管)为成核剂,实验分析了三水醋酸钠蓄热性能的变化情况,结果表明质量分数2%的Al_2O_3、1%的Cu、2%的碳纳米管在自然分散下就能够消除三水醋酸钠的过冷,且纳米成核剂可以提高三水醋酸钠的导热性能。

新型无水箱相变蓄热式太阳能集热器及热性能研究

设计了一种新型无水箱相变蓄热式太阳能集热器,其主要由太阳能真空集热管、相变储热球、电加热棒和换热管道组成。实验以复合三水醋酸钠为相变材料,进行无水箱相变蓄热式太阳能集热器的热性能研究,结果表明:在总容积为34 L的集热管组中添加20%的相变储热球后,管内单位容积蓄热量增加,总蓄热量达8.2 MJ;放热过程高温段延长,放热量增加1.98 MJ,有效放热率为0.81;经夜间保温测试,集热管组温降率为1.4℃/h。

Ba(OH)_2·8H_2O复合相变材料及其在太阳能光伏/热集热器上的释热特性

开发了一种熔点为78℃的八水氢氧化钡复合相变材料,通过添加成核剂使复合相变材料的过冷度降低3~5℃,结合纳米技术使材料的热导率提高了11.7%。基于包含复合相变蓄热材料与石蜡、水蓄热的梯级蓄热太阳能光伏、光热集热器,对该新型材料的释热特性进行了实验,实验结果表明,八水氢氧化钡复合相变蓄热材料无过冷,在其相变温度上相变平稳。在水流量为90 L·h^(-1),环境温度为20℃时,集热系统可以有效地储存太阳能,以50℃为参考点放热时间长达60 min以上,且在放水前20 min内,系统的出水温度都高于70℃,因此该系统能够在降低太阳电池工作温度的同时,满足日常生活需求。

复合蓄热式水箱的设计及蓄放热研究

设计了一种具有辅助电加热和均流孔板的水/相变材料复合蓄热式水箱,该水箱以封装有复合八水氢氧化钡的相变蓄热球作为储热单元。理论分析了相变蓄热球应用于复合蓄热式水箱中的可行性,实验研究了水箱中有无相变蓄热球、恒定流量下的直接和恒温蓄放热特性,结果表明:均流孔板的应用,可使冷热水在水箱底部均匀混合,使高温热水出水量达到最大;在热水出水流量为3.3 L/min时,添加60个相变蓄热球的复合蓄热式水箱比纯水箱可多制得10 L 60℃以上的热水;在热水出水流量为1.6 L/min时,添加120个相变蓄热球的复合蓄热式水箱比纯水箱可多制得40 L 40℃的恒温热水。

相变蓄热式集热器蓄放热数值与实验分析

对一种相变蓄热式太阳集热器的蓄放热过程进行CFD软件数值模拟和实验测试。该集热器由全玻璃真空集热管、相变蓄热单元和U型换热器组成。选用相变温度在330~400 K的3种适合于太阳集热器的复合相变材料石蜡、Ba(OH)_2·8H_2O和赤藻糖醇,在蓄热式集热器中进行蓄放热性能测试。研究表明,填充Ba(OH)_2·8H_2O的蓄热式集热器在总蓄热量、材料内部温度均匀性等蓄放热方面性能优越。实验结果对蓄热式集热器的设计具有参考价值。

相变材料复合八水氢氧化钡的制备及热性能

纯八水氢氧化钡相变蓄热材料在使用过程中存在凝固过冷、相分离及体积变化等问题,因此需要对其进行相应的改性研究。本文根据相变蓄热材料成核机理,以八水氢氧化钡为相变蓄热材料基材,一水氢氧化钡及去离子水作为复合添加剂,制备了混合比例为95.1%Ba(OH)_2·8H_2O+2%Ba(OH)_2·H_2O+2.9%H_2O的复合相变蓄热材料。对该复合相变蓄热材料进行了热性能测试,结果表明:复合相变蓄热材料的平均热导率为1.2W/(m·K)、相变潜热值为263.7kJ/kg;在复合相变蓄热材料融化过程中进行升温-压力实验,测试数据显示容器内部的相对压力不超过0.09MPa;利用恒温金属浴仪器对该复合相变蓄热材料进行300次融化/凝固循环实验,测试数据显示复合相变蓄热材料过冷度增加量0.7℃、相变潜热值降低0.796%。改性后的复合相变蓄热材料相变温度适宜、热性能稳定,可推广应用于中低温相变储热系统。

石墨/Ba(OH)_2·8H_2O复合相变材料的制备及热性能

以BaCO_3、CaCl_2、NaCl为成核剂,进行Ba(OH)_2·8H_2O的成核剂筛选实验。采用超声波震荡法,制备不同质量分数的石墨/Ba(OH)_2·8H_2O复合相变蓄热材料体系。对该复合相变蓄热材料体系进行步冷曲线、DSC、导热系数测试和红外成像表征,结果表明:添加1%~2%的BaCO_3不仅可使Ba(OH)_2·8H_2O的过冷度小于1℃,并可延长相变潜热放热时间;石墨粉可有效提高Ba(OH)_2·8H_2O的导热系数和相变稳定性,但添加量应小于0.3%,过量会导致相变潜热值下降和石墨粉在基体材料中的团聚。

一种太阳能储能装置的模拟计算与实验分析

利用太阳能相变储能技术提出一种新型太阳能储能装置,并搭建该装置的实验测试台,简要分析了该装置的结构和工作原理。将太阳能集热部分与储能一体化设计,在增强换热的同时降低了储能空间,具有良好的蓄放热性能。通过相关实验表明:装置蓄热时间为307 min,储能量为10.64 MJ;将流量为2.2 L/min、温度为33.2℃的冷水充入集热器,放热时长60 min,总出热水量为132 L,放热量为8.43 MJ,整体效率为64.7%。ANSYS模拟及相关实验验证,相变储能单元内部相变材料和装置放热过程中储能单元的温度变化对蓄热一体化集热器的设计具有参考价值。

正十四烷烃相变过程的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,应用COMPASS力场模拟正十四烷烃无定形体系结构。将体系在NPT系综下从270 K逐渐升温至290 K,分析了该温度区间中正十四烷烃分子的扩散性随着温度的变化情况,并得出了体系的相变温度在278.5 K,通过将模拟得出的密度值、相变温度值与实验比较,密度误差为0.8%,熔点误差为0.23%。通过对正十四烷烃分子链在相变前后的末端距分布情况以及径向分布函数的分析,发现正十四烷烃在固态时分子链构象随着温度的升高逐渐由直链趋向于弯曲状态,而液态时随着温度的升高分子链的构象逐渐由弯曲状态趋向于直链。原子周围1.11?(1?=0.1 nm,余同)处呈现其他分子或者原子的可能性是最大的,原子周围0.99?内没有其他原子。研究结果可以为后续研究其他添加剂对于该分子体系微观结构的改变进行对比,为寻找更高效实用的相变储能材料提供一定的引导。

改性三水合乙酸钠的制备及成核稳定性分析

针对三水合乙酸钠(SAT)的过冷及相分离的问题,进行其成核与增稠优化改性实验。结果表明:十二水磷酸氢二钠是SAT的有效成核剂,其添加量为2.0%时,可有效抑制SAT的过冷,将过冷度控制在2℃以内。黄原胶可作为SAT的有效增稠剂,其添加量为1.5%时,可有效抑制SAT在融化/凝固循环过程中的相分离。此外,利用电子扫描显微镜(SEM)对所选成核剂进行微观表征,发现成核剂的成核稳定性与其表面形状存在一定关系,成核剂的表面越粗糙、孔隙率越大,则其成核稳定性越好。

基于热电制冷效应的光伏热水装置设计

晶体硅太阳能电池工作温度通常在50℃以上,散热不良时甚至达到80℃,这会严重影响太阳能电池的工作效率,高温下光伏板甚至会自燃,安全性能下降。为了解决该问题,本文提出基于热电制冷效应的光伏热水装置的构思,结合太阳能光伏与热电制冷模块,功能上能实现光伏光热一体化。该装置利用太阳能光伏板产生的部分电能驱动热电制冷模块将光伏板的热量带走,降低光伏板的温度,提高光电转化效率。同时,热电制冷模块中的热端口设置流道进行冷水换热,可提供生活用水。用CFD软件定量模拟热电制冷模块对光伏板的温度影响,结果表明:添加热电制冷模块后,光伏板温度明显下降,运行更加稳定。光伏板温度降低到环境温度,单位面积制冷量大约为155 W。该构思为热电制冷技术用于太阳能热水装置的后续研究提供必要的依据。

棕榈酸/二氧化硅复合相变材料制备及性能研究

采用"溶胶-凝胶"方法制备出具有不同棕榈酸质量分数的棕榈酸/二氧化硅复合相变储能材料,分别利用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、和热常数分析仪(Hot Disk)等仪器对复合相变储热材料的性能和结构进行了表征和测试。DSC测试分析得出复合材料拥有较好的相变可逆性,而相变潜热及相变温度与纯棕榈酸相比均降低,XRD分析得出棕榈酸与二氧化硅之间是通过嵌合关系,Hot Disk表明复合相变材料导热系数及热扩散率比纯棕榈酸有显著提高,有效地提高换热效果。

新型相变蓄热式太阳能集热管及热性能研究

结合太阳能真空集热管和相变蓄热材料的特点,提出了一种集热/蓄热一体化的新型相变蓄热式太阳能集热管,该集热管主要由金属-玻璃真空集热管、螺旋换热管和相变蓄热材料组成。通过室外蓄放热性能实验进行性能测试,结果表明:该新型相变蓄热式太阳能集热管集热效果良好,集热温度可达80℃以上,可很好地应用于热水供暖领域;以石蜡为相变蓄热材料,单根集热管的蓄热量可达3.25 MJ;放热过程中,有效得热量为873.6 kJ,放热损耗率为0.602;在保温性能上,温降率达1.67℃/h,保温性能待进一步提高。

微纳米粒子对辛酸-肉豆蔻酸相变储能体系热物性的影响

该文通过添加3组同族（镍、铝、铜）亚微米级金属、纳米金属及纳米金属氧化物改善其传热性能,制备可用于空调蓄冷系统的新型相变储能材料;通过步冷实验、差示扫描量热法（DSC）及瞬态平面热源法（Hotdisk）对比添加剂对OA-MA在过冷度、相变温度、相变潜热、导热系数及热扩散率等方面的影响,研究添加剂种类与颗粒尺寸对上述热物性的影响规律;利用Maxwell及Zimmerman公式对比不同质量比例的纳米氧化铜（CuONP）对材料导热系数的影响,研究纳米流体传热传质机理,数据拟合得出其拟合公式。

应用于相变蓄热的脉动热管换热器在不同倾角下放热性能的试验研究

设计了一套脉动热管相变换热装置,并在搭建的试验台上对不同倾角下脉动热管换热装置的总放热时间和相变潜热放热时间进行了试验测定。结果表明脉动热管相变换热装置在0°、30°、60°、90°倾角下,0°角冷却的放热总时间和相变潜热换热时间均最少,90°倾角下放热总时间和相变潜热放热时间最长。增大冷却水流量,总放热时间和相变潜热放热时间均会减小,但当冷却水流量达到一定值时,继续增大冷却水流量,总放热时间几乎不再变化。冷却水初始温度越低总放热时间和相变潜热放热时间均有较大减少,水槽内冷却水最终温度差别不大。

十水硫酸钠相变储能材料研究进展

十水硫酸钠(sodium sulfate decahydrate,SSD)具有适宜的相变温度(2.4℃)、较高的相变潜热值(大于200 J/g)、价格低廉、来源广和安全无毒等优点,是一种广受关注的无机水合盐相变材料。然而,在应用过程中存在过冷度大、相分离严重及泄漏等问题。本文综述了近年来解决上述问题的研究进展、共晶盐相变材料的制备及相关应用,并对后续的研究方向做了如下展望:在降低过冷度方面,采用硼砂、制备共晶盐或添加外场扰动的方式来改善过冷;在抑制相分离方面,采用高导热的多孔材料吸附相变材料,利用真空浸渍法制备定型相变材料的方法来改善或消除相分离现象;在共晶盐材料方面,可以绘制二元相图,寻找新型共晶相变材料进行研究,尤其是目前结合较少的有机相变材料;在应用方面,注重结合十水硫酸钠相变储能装置和系统进行研究并拓宽其应用范围。

Na2HPO4·12H2O相变储能复合材料制备及热物性

十二水磷酸氢二钠的过冷度、相分离以及热导率低等问题影响了其在低温蓄热场合的应用,因此需要对其进行相关的改性研究。本文通过成核剂和增稠剂的筛选实验及添加导热增强剂纳米氧化铁(α-Fe2O3),制备了质量分数为Na2HPO4·12H2O+2%Na4P2O7·10H2O+1%黄原胶(GX)+0.2%α-Fe2O3复合相变储能材料,并对其进行了凝固放热测试、热物性测试及循环稳定性测试。结果表明:2%的Na4P2O7·10H2O抑制过冷效果最好,成核效果不随循环次数的增加而减小,过冷度维持在2℃左右;GX可以有效抑制Na2HPO4·12H2O的相分离现象,且质量分数为0.75%~1.25%是较合适的剂量;α-Fe2O3可以有效地提高Na2HPO4·12H2O的热导率,添加0.2%α-Fe2O3使热导率提高了90.8%;循环150次后,复合相变储能材料的相变潜热值为252J/g,相比于循环前衰减了7.4%,相变温度为35.4℃,过冷度为1.3℃,热导率为2.054W/(m·K),相比纯材料提高了100.2%。改性后的复合相变储能材料相变温度适宜,潜热值大,热导率高,热性能稳定,可推广应用到热泵蓄热、温室生产和电子器件散热等领域。

膨胀石墨/三水乙酸钠复合相变材料储热的性能

以三水乙酸钠(SAT)为基材,添加具有多孔网状结构的膨胀石墨(EG)制备复合相变材料。使用扫描电子显微镜、温度数据采集仪、差示扫描量热仪、Hot Disk热常数分析仪等对材料进行结构观察及相关热物性测试,研究膨胀石墨对三水乙酸钠的热物性影响。结果表明,膨胀石墨不能减小三水乙酸钠的过冷度,但可大幅提高材料热导率,对材料潜热值、相变温度影响较小,能减轻三水乙酸钠的相分离现象且能提高其循环稳定性。对于基材为三水乙酸钠的相变材料,膨胀石墨添加量为7%时,复合材料吸附情况最好。当复合材料配比为7%EG+1%十二水磷酸氢二钠+SAT时,相比于纯SAT相变材料,过冷度减小约49℃,热导率提高将近1倍,相变潜热影响幅度3.14%,相变温度基本不变;50次循环后,相变潜热影响幅度保持在1.4%以内,循环稳定性较好,具有较好的应用前景。