相變貯能-第02講--貯熱相變材料課件.ppt

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1、相變貯能——理論與應(yīng)用焦冬生熱科學(xué)和能源工程系1第一章貯熱相變材料的分類(lèi)和選擇主要內(nèi)容：1、貯熱相變材料的相變形式2、有關(guān)相變材料的常用術(shù)語(yǔ)3、中常溫相變貯能材料性能簡(jiǎn)介4、貯熱相變材料的遴選原則21、貯熱相變材料的相變形式相變現(xiàn)象1.固體??液體凝固與融化冰雪融化、鹽堿溶化、金屬熔化、溶液結(jié)晶2.液體??氣體沸騰，凝結(jié)3.固體??氣體升華凝華結(jié)霜、樟腦揮發(fā)4.固體??固體轉(zhuǎn)捩345671、貯熱相變材料的相變形式當(dāng)物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能遠(yuǎn)小于分子間的相互作用勢(shì)能時(shí),分子力作用上升到主要地位,分子運(yùn)動(dòng)降到次要地位,組成物質(zhì)的粒子(分子、原子或離子)只能在各自的平衡位置附近作微小振動(dòng),這就

2、是物質(zhì)的固態(tài)。處于固態(tài)的物質(zhì)稱(chēng)為固體。81、貯熱相變材料的相變形式相可定義如下:“相是系統(tǒng)中均勻的與其他部分有界面分開(kāi)的部分。”所謂均勻的，是指這部分的成分和性質(zhì)從給定范圍或宏觀來(lái)說(shuō)是相同的，或是以一種連續(xù)的方式變化，也就是沒(méi)有突然的變化。一個(gè)多相系統(tǒng)是不均勻的，在相界處有物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)或兩者兼有突變。例如，在一個(gè)包含有冰和水的兩相系統(tǒng)中，其物理性質(zhì)在相界面處有突然變化。91、貯熱相變材料的相變形式在一定條件下，物質(zhì)不同相之間的相互轉(zhuǎn)變叫做相變。如果系統(tǒng)中各相經(jīng)歷很長(zhǎng)時(shí)間而不互相轉(zhuǎn)化，則是處于平衡狀態(tài)。實(shí)際上相平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡，從系統(tǒng)內(nèi)部來(lái)看，分子或原子仍在相界處不停地轉(zhuǎn)換，

3、只不過(guò)同一時(shí)間內(nèi)各相之間的轉(zhuǎn)化速度相同。相變是有序和無(wú)序兩種傾向相互競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。相互作用是有序的起因，熱運(yùn)動(dòng)是無(wú)序的來(lái)源。在熱力學(xué)理論中表現(xiàn)為U和ST的消長(zhǎng)。在緩慢降溫的過(guò)程中，每當(dāng)溫度降低到一定程度，以致熱運(yùn)動(dòng)不再能破壞某種特定相互作用造成的有序時(shí)，就可能出現(xiàn)新相。101、貯熱相變材料的相變形式自由能方程兩種參數(shù)的相互作用克拉貝龍方程相變過(guò)程伴隨明顯的熱量釋放或吸收111、貯熱相變材料的相變形式描述物質(zhì)狀態(tài)的三個(gè)基本參數(shù)不是相互獨(dú)立的。這就是物質(zhì)的狀態(tài)方程理想氣體范德瓦爾斯方程12實(shí)際氣體Redlich–Kwong模型Virial模型131、貯熱相變材料的相變形式理想氣體范德瓦爾

4、斯氣體CO2實(shí)驗(yàn)等溫線(xiàn)141、貯熱相變材料的相變形式相變分類(lèi)厄倫菲斯特依據(jù)熱力學(xué)勢(shì)及其導(dǎo)數(shù)的連續(xù)性對(duì)相變進(jìn)行分類(lèi)。自由能、內(nèi)能都是熱力學(xué)函數(shù)。它們的第一階導(dǎo)數(shù)是壓力(或體積)、熵(或溫度)、平均磁化強(qiáng)度等等，而第二階導(dǎo)數(shù)給出壓縮率、膨脹率、比熱．磁化率。151、貯熱相變材料的相變形式凡是熱力學(xué)勢(shì)本身連續(xù)，而第一階導(dǎo)數(shù)不連續(xù)的狀態(tài)突變，稱(chēng)為第一類(lèi)相變。第一階導(dǎo)數(shù)不連續(xù)，表示相變伴隨著明顯的體積變化和熱量的吸放(潛熱)。熱力學(xué)勢(shì)和它的第一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)變化，而第二階導(dǎo)數(shù)不連續(xù)的情形，稱(chēng)為第二類(lèi)相變。這時(shí)沒(méi)有體積變化和潛熱，但比熱、壓縮率、磁化率等物理量隨溫度的變化曲線(xiàn)上出現(xiàn)躍變或無(wú)窮的尖峰

5、。超流和沒(méi)有外磁場(chǎng)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變、氣液臨界點(diǎn)，以及大量磁相變，屬于二類(lèi)相變。161、貯熱相變材料的相變形式相變圖17固液相變固體點(diǎn)陣排列對(duì)應(yīng)于勢(shì)能最小，固體吸熱之初，溫度升高，固體粒子能量增加到一定程度（熔點(diǎn)）可擺脫束縛，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)解體，從而固體變?yōu)橐后w。溫度不變是因?yàn)槲盏臒釒缀跞坑糜谠黾酉嗷プ饔媚堋?8附表8固-固相變材料相變物性表19季戊四醇季戊四醇粉塵在空氣中的濃度達(dá)30g/m3以上時(shí)，能與空氣形成爆炸性混合物，當(dāng)溫度超過(guò)400℃時(shí)發(fā)生爆炸。故宜貯存在陰涼、干燥、通風(fēng)處，防潮、防火。按一般化學(xué)品規(guī)定貯運(yùn)。物化性質(zhì)白色粉末狀結(jié)晶。密度1.395g/cm3。熔點(diǎn)261～262℃。沸

6、點(diǎn)（4kPa)276℃。燃點(diǎn)＜370℃。氣化熱＜92kJ/mol，升華熱131.5kJ/mol。易被一般有機(jī)酸酯化，與稀燒堿溶液同煮無(wú)反應(yīng)。15℃時(shí)1g溶于18mol水。溶于乙醇、甘油、乙二醇、甲酰胺。不溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和石油醚等。略有甜味，基本無(wú)毒。20無(wú)機(jī)類(lèi)結(jié)晶水合鹽（salthydrate）附表1結(jié)晶水合鹽類(lèi)熱物性表熔融鹽(moltensalt)附表2一些無(wú)機(jī)化合物的熱物性表其它：水，硅金屬（包括合金）附表12-1到12-5及附表152.貯熱相變材料的分類(lèi)212.貯熱相變材料的分類(lèi)熱物性潛熱導(dǎo)溫系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)/(比熱*密度)相變溫度密度熱膨脹系數(shù)22硫氰化銨NH4S

7、CN固固相變的儲(chǔ)能性能23常用結(jié)晶水合鹽類(lèi)24常用結(jié)晶水合鹽類(lèi)熱物性表25附表1結(jié)晶水合鹽類(lèi)熱物性表26材料簡(jiǎn)介結(jié)晶水合鹽文獻(xiàn)對(duì)這類(lèi)相變貯熱材料作了比較全面的綜述。TellesM.Thermalstorageinsalt-hyrates.SolarMaterialsScience.AcademicPress.1980:377-404.DanNchelatebeNkwetta,FariborzHaghighat.Thermalenergystoragewithphase