论文题目: 纳米复合低温相变蓄冷材料的制备及热物性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 工程热物理
作者: 刘玉东
导师: 童明伟
关键词: 纳米复合材料,低温工业蓄冷,热物性,分散剂,导热系数,过冷度,潜热,粘度
文献来源: 重庆大学
发表年度: 2005
论文摘要: 蓄冷是实现电网移峰填谷的有效手段,目前主要用于空调蓄冷,随着能源的日益紧张和分时电价的实施,可望将蓄冷技术扩大到工业低温蓄冷中去。工业蓄冷相对于空调蓄冷而言,能耗更大且没有季节性,具有更大的应用潜力。由于空调用蓄冷材料的热物理性质不能满足工业低温蓄冷的要求,因此,工业蓄冷中一个重要的基础研究工作就是相变蓄冷材料的开发。 本文开发了一种适用于啤酒工业的低温相变蓄冷材料,这种材料由于结合了纳米技术,因此被称为“纳米复合低温相变蓄冷材料”。其基本配方是,在低温共晶盐（BaCl2—H2O溶液）蓄冷材料中,添加少量纳米尺度（20nm）的TiO2粒子。TiO2纳米粒子可以从普通钛白粉中廉价地获得。 本文围绕纳米复合低温相变蓄冷材料（以下简称纳米复合蓄冷材料）的制备和热物性,主要进行了以下研究工作: ① 纳米复合蓄冷材料的制备及悬浮稳定性研究 采用将纳米粒子与共晶盐水溶液直接共混、添加分散剂和机械搅拌等方法,制备了均匀稳定的纳米复合蓄冷材料。其稳定性是如此良好,以至于配制完毕1年后尚未见沉淀析出。大量的实验研究表明,纳米复合蓄冷材料的分散稳定性主要受分散剂种类、剂量和溶液pH值的影响,采用复合分散剂和溶液pH=10时分散效果最好。本文利用DLVO理论和空间稳定理论分析了纳米复合蓄冷材料的悬浮稳定机理。 ② 纳米复合蓄冷材料的导热系数测量和强化传热机理分析 研制了一套相对误差为2.42%的瞬态双热线液体导热仪,测量了不同体积分数的纳米复合蓄冷材料的导热系数。实验结果表明在液体中添加TiO2纳米粒子显著增加了溶液的导热系数。在TiO2体积分数为1.13%时,纳米复合蓄冷材料的导热系数提高了16.74%,且导热系数随纳米粒子体积分数的增加而增大。这一现象不能用传统宏观理论合理解释,本文尝试利用布朗运动理论和弹道式热传递理论等从微观上初步探讨了纳米复合蓄冷材料的强化传热机理。 ③ 纳米复合蓄冷材料成核过冷度和成核机理研究 步冷曲线表明纳米粒子可以起到成核剂的作用,能降低复合材料的成核过冷度,且随着粒子体积分数的增大,其过冷度急剧下降。当体积分数为1.13vol%时,可以消除过冷度。利用非均匀成核理论合理解释了其结晶成核机理。 ④ 纳米复合蓄冷材料相变潜热、比热的实验研究 采用差示扫描量热仪（DSC）测量了纳米复合蓄冷材料的相变潜热、相变温
论文目录:
中文摘要
英文摘要
主要符号表
1 绪论
1．1 相变蓄冷原理
1．2 相变蓄冷材料概述
1．2．1 对相变蓄冷材料的性能要求
1．2．2 相变蓄冷材料分类
1．2．3 典型的相变蓄冷材料
1．3 相变蓄冷材料的最新进展
1．4 本文研究背景及课题的提出
1．4．1 工业蓄冷的极大潜力
1．4．2 现有相变蓄冷材料存在的问题
1．4．3 目前改善相变蓄冷材料性能的措施及利弊分析
1．4．4 纳米复合低温相变蓄冷材料
1．5 本文的研究内容及技术路线
1．6 本章小结
2 纳米复合低温相变蓄冷材料的制备
2．1 纳米 TiO_2及其分散技术
2．1．1 纳米 TiO_2的特性
2．1．2 纳米TiO_2的分散技术
2．2 纳米 TiO_2在 BaCl_2-H_2O共晶盐溶液中的分散性研究
2．2．1 试剂及仪器
2．2．2 单组分分散剂的选择
2．2．3 复合分散剂的选择
2．3 TiO_2-BaCl_2-H_2O纳米复合材料的稳定机理
2．3．1 TiO_2-BaCl_2-H_2O纳米复合材料稳定性的表征
2．3．2 DLVO理论
2．3．3 空间稳定理论
2．4 本章小结
3 纳米复合低温相变蓄冷材料的导热系数研究
3．1 液体导热系数的测量方法
3．1．1 稳态法
3．1．2 非稳态法
3．2 瞬态双热线液体导热仪的研制
3．2．1 瞬态热线法基本原理
3．2．2 对热线的要求及被测液体样品的最小直径
3．2．3 瞬态双热线液体导热仪的构造
3．2．4 液体导热仪的误差分析
3．2．5 液体导热仪的检验性测试
3．3 纳米复合蓄冷材料导热系数的测量结果
3．4 纳米复合蓄冷材料强化传热机理分析
3．4．1 传统两相流理论
3．4．2 纳米复合蓄冷材料强化传热的微观机理
3．5 本章小结
4 纳米复合低温相变蓄冷材料的成核过冷度研究
4．1 晶体成核理论简介
4．1．1 结晶的热力学条件
4．1．2 晶核的形成
4．2 纳米复合蓄冷材料成核过冷度实验
4．2．1 实验装置
4．2．2 实验原理
4．2．3 实验步骤
4．3 实验结果及分析
4．4 纳米粒子对液体结晶影响机理分析
4．5 本章小结
5 纳米复合低温相变蓄冷材料融解热及比热的 DSC测量
5．1 融解热的DSC测量
5．1．1 实验原理
5．1．2 实验仪器
5．1．3 系统校正
5．1．4 DSC测量步骤
5．1．5 系统可靠性检验
5．1．6 纳米复合蓄冷材料融解热的测量
5．1．7 测量结果及分析
5．2 纳米复合蓄冷材料比热的测量
5．2．1 实验原理
5．2．2 测量条件
5．2．3 测量结果及分析
5．3 本章小结
6 纳米复合低温相变蓄冷材料粘度的实验研究
6．1 纳米复合蓄冷材料粘度的测量
6．1．1 测量仪器
6．1．2 测量原理
6．1．3 测量步骤
6．1．4 测量结果与分析
6．2 粘度计算公式
6．2．1 两相混合物粘度的经验公式
6．2．2 现有两相混合物粘度公式的适用性
6．2．3 两相混合物粘度公式的修正
6．3 本章小结
7 纳米复合低温相变蓄冷材料蓄/释冷特性研究及工程应用
7．1 实验装置
7．2 实验参数的测量
7．3 实验方法与步骤
7．4 实验结果及分析
7．4．1 蓄冷基本概念
7．4．2 蓄冷实验结果及分析
7．4．3 释冷实验结果及分析
7．4．4 蓄冷系统传热分析
7．5 纳米复合蓄冷材料在蓄冷工程中的应用
7．6 本章小结
8 结论
致谢
参考文献
附录
独创性声明
学位论文版权使用授权书
发布时间: 2005-11-07
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