添加膨胀石墨的二十二烷-十二醇复合定形相变材料的性能研究

针对于太阳能PV/T系统相变材料热导率低、易泄漏的问题,本工作制备了二十二烷-十二醇/膨胀石墨复合定形相变材料并对其性能进行实验研究。本工作首先按照6∶4的比例制备了二十二烷-十二醇相变材料,然后采用熔融共混法制备了一系列膨胀石墨含量不同的复合定形相变材料。实验借助场发射扫描电子显微镜观察其微观结构,利用热流型差示扫描量热仪、热导率测量仪等仪器测量其潜热、热导率等参数,研究了材料的物理相容性、吸附性、循环稳定性,探究了膨胀石墨和二十二烷-十二醇的最佳配比及其各项性能。结果表明,当膨胀石墨质量分数为15%时,复合定形相变材料性能最佳,此时膨胀石墨足以将相变材料吸附,渗漏率仅为3.85%且无明显渗出,其熔化和凝固相变潜热分别为203.8 kJ/kg和-196.6 kJ/kg;在经过50次冷热循环后,其相变温度及潜热变化较小,热导率基本保持稳定,波动幅度仅为5.9%,质量损失较少,仅为0.0495 g,表现出良好的循环稳定性。研究为后续定形相变材料在太阳能PV/T系统中的应用提供理论数据支撑。

石蜡/膨胀石墨定形相变材料的性能

以石蜡为相变材料,利用膨胀石墨多孔网络结构,通过物理吸附法制备出石蜡/膨胀石墨复合相变材料,并通过模压法制成定形相变材料板块。采用差示扫描量热分析仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、偏光显微镜(POM)和Hot Disk热常数分析仪等对复合相变材料进行了结构和性能的表征与测量,建立了冷/热循环实验系统以分析材料的蓄/放热性能等。结果表明:石蜡质量分数为80%的定形相变材料相变温度为27.27℃,相变焓为156.6kJ·kg-1。制备的定形相变材料具有相变过程形状稳定、热导率高、储热密度大等特点,并具有良好的稳定性和较长的使用寿命。

PEG/EG/SiO_(2)复合定形相变材料的制备与性能研究

采用真空吸附法和溶胶-凝胶法制备了以聚乙二醇(PEG)为相变材料、膨胀石墨(EG)为载体基质、SiO_(2)为封装材料的PEG/EG/SiO_(2)复合定形相变材料,研究了不同组分配比复合定形相变材料的表面形貌、定形效果、结晶性能、储热性能、热稳定性和导热性能等。结果表明,EG表面丰富的三维孔隙结构能有效吸附PEG,致密的SiO_(2)能起到封装EG孔隙结构作用。PEG/EG/SiO_(2)复合定形相变材料中PEG最大质量分数为82%,其在经历100次相变循环后仍能保持良好的定形效果,并具有良好的结晶性能、储热性能、热稳定性和导热性能。该复合定形相变材料可广泛应用于建筑节能和道路工程等领域。

太阳能相变蓄热炕的实验及数值模拟研究

为实现太阳能相变蓄热炕的快速升温,采用毛细管网及配置高导热复合相变材料来提高炕体的热响应时间,通过数值模拟与实验研究相结合的方法对炕体的热工性能进行研究。本文首先对比不同熔点石蜡的差示扫描量热(differential scanning calorimetry,DSC)曲线,选取35#石蜡作为研究对象,采用熔融混合法制备不同配比的石蜡-膨胀石墨复合定形相变材料;并通过渗漏测试确定最佳配比。实验表明:当膨胀石墨质量分数为8%时,复合定形相变材料渗漏率较低,为兼顾储热、导热性能的最佳配比。将石蜡复合相变材料应用于太阳能相变蓄热炕,通过计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)建立三维非稳态传热模型,对炕体进行24 h供热模拟设计;模拟表明:太阳能相变蓄热炕在昼间垫面温度达到24.2℃,夜间垫面温度达到30.2℃。通过Trnsys(transient system simulation program)软件对组合式系统进行运行模拟发现:组合系统均可达到设计的45℃及以上;另外,组合式系统全年节电量为2974.7 kW·h,或节省标准煤469.9 kg,或减少二氧化碳1240.5 kg、一氧化碳70.9 kg、PM_(10)6.8 kg等,节能减排量显著。