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1、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文納米復(fù)合相變蓄能材料性能研究作者姓名：盧大杰學(xué)科專業(yè)：制冷及低溫工程導(dǎo)師姓名：胡艽副教授完成時(shí)間：二O一二年六月二日『IfNlIMIll[1llfllY2126112UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster，SdegreeStudyofPerformanceofPhaseChangeMaterialsWithNano_particlesAuthor’SName：LuDajieSpeciali
2、ty：RefrigerationandCryogenicEngin,eering一一Supervisor：AssociatePro￡HuPengFinishedtime：June2加，2012摘要摘要太陽能是重要的可再生清潔能源，但穩(wěn)定性差，因此在太陽能熱利用中需要蓄熱。另外蓄能技術(shù)也可用于工業(yè)余熱回收、制冷熱泵、分布式能源等系統(tǒng)以提高系統(tǒng)性能。相變材料(PhaseChangeMaterials，PCMs)是重要的蓄能材料，由于具有儲(chǔ)能密度高、相變溫度穩(wěn)定等特點(diǎn)而受到重視。但目前PCMs還存在～些缺
3、陷，限制了工程應(yīng)用。本文提出并對(duì)納米復(fù)合PCMs的相變蓄熱性能開展了研究工作，研究結(jié)果對(duì)提高PCMs性能，優(yōu)化設(shè)計(jì)相變蓄熱器具有重要的指導(dǎo)意義。三水合醋酸鈉(Sodiumacetatetrihydrate，SAT)是一種典型的水合鹽類相變材料，具有較高的儲(chǔ)能密度和熱導(dǎo)率，但在凝固過程中易過冷和相分離，因此應(yīng)用時(shí)需要有效的成核劑和增稠劑。本文實(shí)驗(yàn)分析了幾種納米材料(砧N、Si3N4、ZrB2、Si02、BC4、SiB6)對(duì)SAT的成核效果，結(jié)果表明質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％或4％的si3N4、10％ZrB2、5％A
4、1N在自然分散下就能夠消除SAT的過冷度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)2％的Si02在熔化的SAT中經(jīng)磁力攪拌和超聲分散后能夠消除其過冷度。納米材料的粒度分析結(jié)果表明粒度分布在幾十納米到300納米左右的納米材料有較好的成核效果。通過光學(xué)顯微鏡觀察到納米A1N顆粒與SAT復(fù)合材料的結(jié)晶過程，通過500次熱穩(wěn)定性循環(huán)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了納米A1N成核劑具有較好的長期穩(wěn)定性效果。微觀觀察和TG．DTA實(shí)驗(yàn)還證實(shí)了CMC是SAT的一種較好的增稠劑，能夠減小SAT的結(jié)晶粒度，提高失水溫度。季戊四醇(Pentaerythritol，PE)是
5、一種中低溫有機(jī)相變材料。通過DSC實(shí)驗(yàn)及非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)分析，表明納米顆粒對(duì)季戊四醇的結(jié)晶性能有較大的影響，能夠促進(jìn)季戊四醇的結(jié)晶、減少過冷度起到異相成核的作用。應(yīng)用多種非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)模型比較，結(jié)果表明莫志深法能夠較好的處理季戊四醇的非等溫結(jié)晶問題。組合式相變材料較單一相變材料具有優(yōu)越的傳熱和熱力學(xué)性能，本文基于熱力學(xué)有效能(煙)分析推導(dǎo)了使用不同相變材料數(shù)時(shí)的最佳相變溫度的理論計(jì)算公式，并根據(jù)最佳相變溫度推導(dǎo)出螺激率隨著相變材料數(shù)的變化關(guān)系。以實(shí)際余熱溫度為例計(jì)算了最佳相變溫度與最佳媚擻率，并根
6、據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研的一些相變材料的性質(zhì)給出了最佳相變溫度所對(duì)應(yīng)的相變材料的組合。最后，本文用Fluent模擬了三種相變蓄熱器在相同的工況和幾何參數(shù)下相變蓄熱過程，結(jié)果表明，肋片管蓄熱器比光管蓄熱器有更大的傳熱效率，而在肋片密集度逐步增大的非均勻肋片管蓄熱器的傳熱性能優(yōu)于均勻布置肋片管蓄熱器。關(guān)鍵詞：相變蓄熱材料納米顆粒三水合醋酸鈉季戊四醇組合式相變材料強(qiáng)化傳熱Fluent模擬Abstract————————————————————————————————————————————————一AbstractSo
7、larenergyisanimportantrenewable，cleanbutunstableenergysource．Therefore，itsthermalutilizationrequiresanefficientthermalstorage．Manyo也erheatenergyutilizationsystems，suchasindustrialwasteheatrecoverysystem，refrigerationandheatpumpsystem，andDistributedComb
8、inedCooling，HeatingandPower(CCHP)systemmayalsoneedthermalstoragetechniquetoimprovesystemperformances．Becauseofhavinglargelatentheatandconstantphasechangetemperatures，phasechangematerials(PCMs)areconsideredasthepromisingmediumsforthermal
