固液相变材料的封装制备及在建筑领域的研究进展

随着人类社会的快速发展,人们对建筑环境的舒适度要求越来越高,但建筑能耗已逐渐成为绿色建造节能的突出性问题。相变储能技术是指通过相变材料的储热特性来储存或释放热量的热储能方式,最终实现调控温度的目标。近年来,相变材料凭借其储热密度高、等温相变等特性,常以潜热形式放出或吸收热量,从而在建筑领域中发挥不可替代的作用,使相变储能技术在建筑领域中具有良好的应用前景。随着相变材料的制备、复合、封装技术的不断发展,越来越多的相变材料与建筑材料、构件结合使用,为建筑领域的保温储能材料提供了新的发展模式。鉴于此,本文从建筑领域中常见的相变材料出发,以固液相变材料为例,对相变材料的传热理论、封装方法、传热储能、工程应用等几个方面的研究和应用情况进行了简要的介绍与综述,提出了相变材料未来在建筑领域的推广应用中可能存在的关键科学问题、面临的风险挑战,并展望了其未来的发展方向。

多温下三元体系Li^(+),Na+∥Cl^(-)-H_(2)O固液相平衡研究

卤水体系中LiCl富集度较高,且高纯度LiCl在工业上有广泛的应用,因Na^(+)和Li^(+)的性质相似,除去卤水中的NaCl成为了生产高纯度LiCl的瓶颈。Li^(+),Na^(+)∥Cl^(-)-H_(2)O三元体系的固液相平衡数据是分离LiCl和NaCl必需的重要基础数据。采用等温溶解平衡法研究了常压下Li^(+),Na^(+)∥Cl^(-)-H_(2)O三元体系的固液相平衡关系(348.15、358.15、363.15 K)并构建等温平衡相图。结果表明,不同温度下的相图均由一个共饱点、两个单盐结晶区(NaCl和LiCl·H_(2)O)及两条单变量溶解度曲线构成,未形成复盐或固溶体。随着温度的升高,NaCl的结晶区略有扩大,而LiCl·H_(2)O的结晶区变化很小。LiCl对NaCl有较强的盐析作用。采用修正的BET模型对相平衡数据进行了关联,结果良好,验证了该模型适用于预测本体系在高温、高浓度下的相平衡关系。测量了该体系饱和溶液密度并由密度值计算了表观摩尔体积,结果表明,密度随LiCl组成的增加先减小后增大,在共饱点组成处达到最大值。这些结果补充了Li^(+),Na^(+)∥Cl^(-)-H_(2)O体系在高温下的热力学数据,对脱除Na^(+)精制LiCl起到基础性的指导作用。

固液相平衡计算研究进展

围绕固液相平衡计算,综述了活度系数法、经验模型法和状态方程法的研究进展和应用。概括和分析了活度系数模型(Pitzer、ELECNRTL、Wilson、NRTL、UNIQUAC、正规溶液理论)、经验模型(λh、Apelblat、Jouyban-Acree)和状态方程模型(PR、SRK、Martin-Hou),并介绍了模型的适用范围及优缺点。固液相平衡计算模型对化工固液分离过程中的理论研究和工业应用具有重要意义。

Won和P-UNIQUAC两类非电解质固液相平衡计算模型评价及改进

非电解质固液平衡模型对石油化工流程模拟的结晶过程计算具有重要作用。采用2种不同体系的实验数据,从基于正规溶液理论和局部组成理论的6种非电解质固液相平衡模型出发,依次评价了它们对固相分率和固相组成的计算精度,并对相平衡计算模型进行改进。6种相平衡模型对固相分率计算结果的平均绝对偏差(AAD)介于2.58%~9.14%。研究发现,预测模型中的固液相焓差修正项影响固液相平衡预测结果的准确性。通过在Won、P-UNIQUAC和P-UNIQUAC(Ghanaei)相平衡模型中分别增加Pedersen、Ghanaei和DIPPR固液相焓差修正项改进模型并用实验数据进行评价。结果表明,9种改进的相平衡模型对固相分率的计算结果优于原始模型,对固相分率计算结果的AAD介于3.36%~6.31%。

骨架结构对固液相变蓄热性能影响的LBM研究

固液相变材料通过潜热的形式存储能量,被大规模应用于热能存储领域,然而传统相变材料的热导率普遍较小,添加高热导率的多孔骨架可以提高蓄热性能。为了探究骨架结构对蓄热性能的影响,本工作采用基于焓法的格子Boltzmann双分布模型,在孔隙尺度上研究了骨架孔隙率和方向生长概率对熔化过程的影响,提出了无量纲蓄热功率作为评价参数。结果表明:随着孔隙率的降低,复合材料的熔化速率加快,无量纲蓄热功率增大。当孔隙率处于0.80以下时,无量纲蓄热功率较纯相变材料得到提高。选择合适的方向生长概率可以有效改善换热速率。主生长方向为1,3方向的骨架所需完全熔化时间较均匀骨架时缩短13.9%。本工作为多孔骨架复合相变材料的设计和应用提供了理论依据和数据参考。

碳酸乙烯酯+2-噁唑烷酮二元体系固液相平衡预测

为了探索熔融结晶法提纯EC(碳酸乙烯酯)的可行性,并为后续的熔融结晶动力学研究及其工艺开发提供数据支撑,文中采用步冷曲线法测定碳酸乙烯酯+2-噁唑烷酮二元混合物体系不同组成的凝固点,得到了碳酸乙烯酯+2-噁唑烷酮二元体系固液平衡相图,并采用理想溶液模型、Wilson与NRTL活度系数模型对相平衡数据进行拟合。实验结果表明:碳酸乙烯酯和2-噁唑烷酮有最低共熔点,其二元体系固液平衡相图为简单低共熔固液相图,其低共熔点温度为297.05 K,最低共熔点处碳酸乙烯酯的摩尔分数为0.7479。其中Wilson方程和NRTL方程2种活度系数模型均可较好关联此二元体系的固液平衡,其模型计算值与实验值的最大相对偏差分别是0.0461%、0.0606%,平均相对偏差0.0292%、0.0322%,说明该物系符合Wilson方程和NRTL方程。

梯度多孔介质腔体内固液相变过程数值研究

基于格子玻尔兹曼方法,利用四参数随机生长法生成梯度多孔介质,采用描述相变糊状区的两区域模型,求解了孔隙尺度下梯度多孔介质腔体内固液相变过程,分析了相变材料的相场分布、融化速率及热壁面平均努塞尔特数的变化,并改变相邻多孔介质孔隙率的差值,探究了梯度多孔介质对固液相变影响的一般性规律。结果表明:相变材料的融化过程与多孔介质梯度的方向有关,沿热量传递方向梯度(x向梯度)变化对相变材料融化速率影响大,且低孔隙率多孔介质靠近高温壁面时相变材料融化速率最快;竖直方向梯度(z向梯度)变化对相变材料融化速率影响小,融化速率的不同主要体现在相变后期方腔内竖直方向温度均匀性的差异;相邻孔隙率差值的改变影响方向梯度多孔介质的传热能力。

静电纺丝制备有机固液相变纤维及应用研究进展

综述了静电纺丝制备有机固液相变纤维及应用情况,包括基于长链烷烃、脂肪酸类、聚乙二醇、石蜡的相变纤维,以及相变纤维在生物医学、食品工程、调温织物、光热存储领域的应用。列出了较好的相变纤维的有关性能数据,分析了相变纤维的发展现状,以及提高相变纤维导热性能的策略,指出有机固液相变纤维的功能化和智能化是拓展其应用领域的发展方向。

苯和二甲苯体系固液相平衡的数据预测与相图

针对对二甲苯装置结晶单元中由苯和二甲苯组成的相关体系,选取了固液相平衡计算模型—Van't Hoff方程简式,利用与苯和二甲苯有关的二元和三元体系固液相平衡文献数据对该模型进行考察,利用该模型预测由苯和二甲苯组成的二元和三元体系的固液相平衡数据,并绘制三元体系的固液相平衡相图。结果表明:采用Van't Hoff方程简式计算,苯和二甲苯有关体系的液相摩尔分数的平均相对偏差为2.69%,低共熔点温度的偏差最高为0.59℃,最低为0.01℃,表明所选模型适用于由苯和二甲苯组成的体系固液相平衡计算;利用该模型预测苯-间二甲苯、苯-邻二甲苯二元体系及对二甲苯-间二甲苯-苯、对二甲苯-邻二甲苯-苯、间二甲苯-邻二甲苯-苯三元体系的固液相平衡数据,绘制了对二甲苯-间二甲苯-苯三元体系的固液相平衡相图,这些新的相平衡数据和相图均未见有文献报道,可为对二甲苯结晶相关体系的固液相平衡研究提供理论指导和依据。

对二甲苯结晶相关多元体系的固液相平衡数据预测

针对与对二甲苯结晶相关的由苯、甲苯和碳八(C_(8))芳烃组分组成的多元体系,选取了固液相平衡计算模型—Van′t Hoff方程简式,利用由苯、甲苯和C_(8)芳烃组分组成的二元和三元体系固液相平衡文献值对模型进行考察,并利用该模型预测了对二甲苯-间二甲苯-邻二甲苯-乙苯四元体系、对二甲苯-间二甲苯-邻二甲苯-苯四元体系、对二甲苯-间二甲苯-邻二甲苯-乙苯-甲苯五元体系、对二甲苯-间二甲苯-邻二甲苯-乙苯-苯五元体系和对二甲苯-间二甲苯-邻二甲苯-乙苯-甲苯-苯六元体系,以及较低温度下对二甲苯-间二甲苯-邻二甲苯三元体系的固液相平衡数据。结果表明:采用Van′t Hoff方程简式计算,由苯、甲苯和C_(8)芳烃组分组成二元体系的液相摩尔分数的平均相对偏差为2.72%,低共熔点温度的偏差最高为0.59℃,最低为0.01℃,表明所选模型适用于由苯、甲苯和C_(8)芳烃组分组成的体系固液相平衡计算;利用Van′t Hoff方程简式预测的固液相平衡数据可为由苯、甲苯和C_(8)芳烃组分组成的体系固液相平衡数据测量和有关研究、设计、模拟优化提供理论指导。

鎓盐的固液相转移平衡研究(Ⅰ)——溴化四丁铵和羧酸钾的平衡常数测定

目前广泛应用的液-液相转移催化反应有两个主要的缺点:一是有一些水分子会随着离子对一起萃入有机相并在其周围形成水化膜,这不仅会降低反应速度有时还会引起种种副反应。另一个缺点是这种方法不适用于强亲水性的离子。在这两种情况下改用固液相反应可能有良好的效果。但是鎓盐为催化剂的固液相转移是否真正的可逆过程,它的相转移规律如何,至今尚未见文献报导。本文研究了溴化四丁铵与某些羧酸钾盐之间的反应平衡常数,其它工作正在进行中。

固液相平衡级的通用算法

从热力学原理出发,建立了一种固液相平衡级计算的通用方法,通过自动判别平衡时的相数及析出固相的种类,经过较少的迭代次数就可获得固液相平衡时各相分率和组成,从而满足化工过程模拟计算与实际生产的需要。由于该解法为虚拟的等温蒸发过程,在判别平衡相数的同时给出了过程中晶体的析出顺序与各晶体刚析出时溶液组成,这些中间结果为分离过程的模拟计算提供了理论指导。此算法不仅完全不依赖于相图,而且还可通过对不同进料配比的计算,绘制出全范围内的固液相图。通过实例计算证明该方法可适用于目前文献中尚难以处理的复盐、含结晶水盐以及多离子体系。

固液相变蓄能中有效导热系数的数值分析与实验研究

引入有效导热系数经验公式[3],使固液蓄能数学模型得以简化为仅用能量方程加以描述。运用热焓法求解能量方程,得到计算相变位置随时间变化曲线。并通过实验测得相变过程的实际温度场,得到实验相变位置随时间变化曲线。二者比较,证明了自然对流对固液相变换热的影响不可忽略,验证了该公式在Ra<1010,Pr<105下的正确性。

不同施肥配比对土壤磷素固液相分配及组分的影响

以陕西长武国家长期定位试验站土壤样品为研究对象,采用25a小麦连作试验田不同氮磷配比处理11个,氮磷有机肥配施处理8个来研究不同肥料处理对磷素固液相分配及其磷素组分的影响,结果表明,黄土高原农田生态系统磷素固液相分配系数与Ca2-P和活性有机磷具有一定的相关性.同等氮素水平下(N90),随着施入磷素的增加,土壤中全磷、固相磷和液相磷的含量均呈增加趋势,而固液相分配系数却呈减少趋势.同一磷素(P90)水平下,氮素的施入对磷素利用也存在一定的影响,全磷在N135时达到最小值,固相速效磷有减少趋势,液相磷在N135时达到最大值,固液相分配系数以单施磷处理(无氮肥施入)最大.Ca2-P和活性有机磷对于磷素的固液相分配起着一定的决定作用,有机物质对磷素的有效性具有很大的激发作用.平衡施肥对磷素高效利用和减少面源污染具有很重要作用。

中国几种典型农田土壤磷素固液相分配规律

土壤养分、污染物的生物有效性与其固液相分配规律密切相关。本研究通过室内模拟试验,设置不同的水、热、肥条件和培养时间序列,采用高速离心法对红壤、黑土、潮土、黑垆土、塿土5种典型土壤的磷素固液相分配规律及其影响因素进行了探讨。结果表明,质地不同土壤磷素固液相分配系数(Kd)值差别很大,整体变化趋势是红壤>黑垆土>塿土>黑土>潮土。不同培养条件下土壤磷素固液相分配系数(Kd)值变化特征表现出随着培养时间延长,土壤磷素Kd值增大,土壤磷素生物有效性逐渐降低。水吸力、浓度与之相反,随着水吸力的增加土壤磷素Kd值变小,随着施入磷素浓度的增加而Kd值降低。在整个温度梯度中,当温度处于20￣25℃左右时,土壤磷素Kd值达到最小值,液相磷素含量相对增多,养分有效性增强。

空间站高温固液相变蓄热容器的实验研究

相变材料 (PCM)容器是空间太阳能动力装置吸热—储热器的关键部件。吸热器的蓄 /放热性能及其寿命取决于 PCM容器的设计与制造是否可靠。文中对 PCM容器的结构设计及其制造工艺、PCM的充装工艺、 PCM的熔化—凝固特性和空穴的形成、 PCM熔点及相变潜热的测量以及 PCM与容器材料的相容性这些关键问题进行了试验研究。

填充泡沫镍对固液相变过程的影响

为了改善固液相变蓄能装置的空穴分布及传热性能,在理论研究基础上设计制造了填充泡沫镍的固液相变蓄热容器,与未填充泡沫镍的蓄热容器一同进行了相变蓄热实验,利用铂电阻(Pt100)和数据采集模块(ADAM-4000)测得了各蓄热容器的温度变化数据,实验后对各容器进行了CT(Computed Tomography)扫描,得到了容器内部的空穴分布图像.通过对比研究两种容器的温度变化和空穴分布,证明了填充泡沫镍能够有效改善固液相变过程中的空穴分布和传热性能,研究结论对于固液相变蓄热技术的应用具有一定指导意义.

第二类边界条件下硬脂酸固液相变蓄能研究

通过引入有效导热系数来考虑自然对流对固液相变传热的影响,将相变蓄能模型简化为仅用能量方程描述,采用显热容法及正态分布液相率模型进行了求解.与硬脂酸固液相变实验的比较表明:自然对流对相变传热的影响不可忽略;修正后的有效导热系数经验公式能更准确地描述等热流边界条件下的固液相变过程;在等壁温边界条件下,相变速率随时间的推移而减小;在等热流边界条件下,相变速率随时间的推移而增大.

对二甲苯结晶过程的固液相平衡研究

使用Van’t Hoff方程、Hildebrand方程和冰点降低常数法计算了PX-MX二元体系的固液平衡相图,计算结果表明,3种计算方法均与实验结果吻合很好。使用冰点降低常数法计算混合二甲苯多元体系的低共熔点组成,计算结果表明,含有EB的多元体系,其液相不能当作是理想溶液,不含EB的多元体系,其液相可以近似当作是理想溶液,在工业生产分析时,PX-MX-OX-EB可以近似为PX-MX-OX三元体系。根据冰点降低常数法的计算结果,绘制了PX-MX-OX三元体系的固液平衡立体相图,并分析了不同工业原料中对二甲苯的结晶过程,计算结果表明,PX结晶过程的回收率都受到低共熔点的限制,对于PX质量分数为21.5%的低含量进料,PX最大回收率为67%,对于PX质量分数为83.72%的高含量进料,PX最大回收率为97%。