论文摘要
与显热蓄热相比,相变蓄热具有储能密度高、蓄放热近似等温、过程易控制等优点,非常适于解决能量供给与需求失衡的难题。相变材料（PCM）是相变蓄热技术的基础。无机水合盐类PCM是中低温PCM中最重要的一类,具有使用范围广、价格便宜、导热系数大、单位体积蓄热密度大等优点,但此类相变材料通常存在过冷和相分离两大缺陷,从而大大影响了其蓄热能力,缩短了材料的使用寿命,长期以来一直是水合盐类相变蓄热技术需要解决的最主要难题。为了进一步对此类相变材料进行研究,解决水合盐普通存在的过冷和相分离问题,改善其稳定性和可靠性,对三水醋酸钠（CH3COONa·3H2O）这一典型的无机水合盐类PCM进行了多方面的研究,探索了三水醋酸钠发生过冷和相分离的原因,实验研究了不同方法对于抑制其过冷和相分离理的效果,并从理论上进行分析。此外,对相变蓄热装置的热力学性能进行了探讨。本文的主要工作和成果如下:1.采用热重-差示扫描量热法（TG-DSC）并结合热力学理论分析探讨了三水醋酸钠的脱水过程。从脱水-水合的角度分析,三水醋酸钠的失水特性将影响其作为PCM使用时的过冷和相分离情况。针对蒸汽压差异引起的三水醋酸钠相变过程中的结晶水蒸发逸出问题,提出了采用硅油覆盖样品的方法,在室温80℃的范围内取得了很好的抑制效果。2.实验研究了超声波照射对三水醋酸钠等水合盐相变性能的影响,结果表明超声波作用能强化传质过程,提高物质在水中的溶解度,使析出的盐重新溶解从而有效改善相分离。3.实验研究了成核剂对三水醋酸钠相变性能的影响,结果表明十二水磷酸氢二钠是三水醋酸的有效成核剂,通过热力学分析发现,醋酸钠溶液对磷酸氢二钠水合物有很强的脱水作用,真正起成核作用的是相变体系中生成的磷酸氢二钠。4.实验研究了木糖醇对三水醋酸钠相变性能的影响,结果表明木糖醇能加速三水醋酸钠脱水过程的发生和进行,而且由于木糖醇水溶液的饱和蒸汽压低于三水醋酸钠的汽化压力,在冷却时将抑制水合盐结晶。而木糖醇作为增稠剂添加时,会影响成核剂的使用效果,导致相变体系无法在较小过冷度的情况下顺利结晶。5.探讨了以三水醋酸钠为蓄热主材的相变系统和以水为蓄热介质的显热系统的热力学性能,发现相变储能在蓄热数量和品质上都明显优于显热储能。
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摘要ABSTRACT主要符号表第1章 绪论1.1 引言1.2 相变材料分类1.3 相变材料的结晶及其影响因素1.4 水合盐类相变材料的研究现状1.4.1 抑制过冷的研究1.4.2 抑制相分离的研究1.5 本课题研究目的及内容第2章 三水醋酸钠的热分析研究2.1 热分析介绍2.1.1 热分析及其分类2.1.2 热分析曲线的特征量及影响因素2.2 对水合盐进行热分析的必要性2.3 三水醋酸钠热分析实验研究2.3.1 同步热分析仪2.3.2 三水醋酸钠的TG-DSC 联机实验研究2.4 三水醋酸钠的脱水机理研究2.4.1 三水醋酸钠脱水过程的热力学理论研究2.4.2 覆盖硅油对三水醋酸钠结晶水蒸发逸出的抑制作用2.5 小结第3章 超声波对水合盐相变性能的影响3.1 研究背景3.2 超声波对三水醋酸钠相变性能影响的实验研究3.2.1 实验方法和内容3.2.2 超声波对三水醋酸钠相分离的抑制3.2.3 三水醋酸钠的结晶现象3.2.4 超声波照射对三水醋酸钠结晶的影响3.3 超声波对十二水磷酸氢二钠相变性能影响的实验研究3.4 超声波作用机理探讨3.4.1 超声波抑制相分离的机理探讨3.4.2 超声波促进结晶的机理探讨3.5 小结第4章 添加剂对三水醋酸钠相变性能的影响4.1 脱水剂对三水醋酸钠相变性能的影响4.1.1 研究背景4.1.2 脱水剂的选择4.1.3 实验器材及装置4.1.4 三水醋酸钠-木糖醇物系的脱水过程4.2 成核剂对三水醋酸钠相变性能的影响4.2.1 实验试剂及内容4.2.2 成核剂对三水醋酸钠的过冷抑制2HP04·12H20 的成核机理初步探讨'>4.2.3 成核剂Na2HP04·12H20 的成核机理初步探讨4.3 增稠剂对三水醋酸钠相变性能的影响4.4 小结第5 章 基于三水醋酸钠的相变蓄热系统应用探讨5.1 太阳能低温蓄热系统应用背景5.2 相变蓄热装置设计5.2.1 相变蓄热装置设计因素5.2.2 相变材料的封装5.3 相变系统与显热系统的比较5.3.1 蓄热系统的热力学分析方法5.3.2 相变系统与显热系统的热力学性能比较5.4 小结第6章 结论与展望6.1 结论6.2 展望参考文献致谢攻读学位期间参加的科研项目和成果
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