多元有机相变蓄冷材料的热物性研究

论文摘要

随着峰谷电价比的加大,用户侧采用蓄冷技术将大大减少其设备运行费用,降低用电成本,提高企业效益。另一方面,采用蓄冷技术移峰填谷,有利于提高电网负荷率,有利于电网的安全经济运行。夏季冷库、食品、低温物流等行业耗电量巨大,研究应用于这几种行业的相变材料具有较大的实用意义。本文对一些二元及三元混合物进行了筛选试验,找到了适用于低温领域的温度范围在0℃～-40℃之间的几种有机盐相变蓄冷材料,具有相变性能稳定,无相分离,无过冷,相变潜热较大等优点,可以在低温领域应用。运用DSC绘相图的方法寻找物质的共晶点,由于无机物的过冷及相分离现象严重影响了蓄冷系统的经济运行,且有机类材料具有温度可调的优点,本文主要针对有机物进行了筛选及复合。通过实验得到了乙二醇、水与甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠、乳酸钠的三元混合物,丙三醇、水与甲酸钠、乙酸钠、丙酸钠、乳酸钠的三元混合物以及甲酸钠与水的二元混合物这几种材料的共晶浓度及相应的相变温度、相变潜热、比热。导热系数是决定相变材料是否可用的重要物性。本文根据瞬态点热源法制作了一台液体导热系数测试仪器,测试方法精度高、简单快捷,对筛选出的有机盐相变材料进行热物性测试,标定物质的结果与文献中的标准值对比发现测量数据误差控制在10%左右,仪器可靠性得到验证,以后此仪器还可用于测量其他液体材料的导热系数。利用FLUENT对相变温度为-14℃的三种相变材料进行蓄冷球数值模拟,得到凝固过程中不同时刻蓄冷体内蓄冷材料的温度场及固液相比例,通过比较,选择蓄放冷时间较短的一种材料作为以后实际应用的相变材料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 蓄冷技术背景及意义
• 1.1.1 蓄冷技术背景
• 1.1.2 蓄冷技术的研究意义
• 1.1.3 蓄冷技术历史现状及研究热点
• 1.2 相变材料应用意义及分类
• 1.2.1 相变材料应用意义
• 1.2.2 相变材料分类
• 1.2.3 选择条件
• 1.3 蓄冷材料性能测试方法
• 1.4 本课题研究背景
• 1.5 本课题的研究内容及技术路线
• 2 相变热力学基础
• 2.1 相律和相平衡特性
• 2.2 相变材料结晶动力学特性及凝固点降低定律
• 2.3 相图中的有关理论
• 3 相变蓄冷材料融解热及相变温度的DSC 测试
• 3.1 相变材料的选择
• 3.2 测试原理
• 3.3 实验仪器
• 3.4 试验结果与分析
• 3.4.1 具体试验步骤及系统可靠性检验
• 3.4.2 二元材料的测试
• 3.4.3 三元材料的测试
• 3.5 本章小结
• 4 相变蓄冷材料比热的DSC 测试
• 4.1 测试原理
• 4.2 实验结果与分析
• 4.2.1 实验条件及注意事项
• 4.2.2 测量结果
• 4.3 本章小结
• 5 液体导热仪的研制及相变材料导热系数测量
• 5.1 导热系数的测量原理
• 5.1.1 点热源法原理
• 5.1.2 本实验原理
• 5.2 实验装置
• 5.2.1 电桥的设计及传感器的选用
• 5.2.2 导热仪装置
• 5.2.3 测定时间和加热电流的确定
• 5.3 试验结果与分析
• 5.3.1 化学试剂及实验仪器
• 5.3.2 标定及校准部分
• 5.3.3 待测样品导热系数的测量
• 5.3.4 误差分析
• 5.4 本章小结
• 6 低温相变蓄冷球的蓄冷过程模拟
• 6.1 模型的建立
• 6.1.1 物理模型的建立
• 6.1.2 数学模型的建立
• 6.2 模拟分析过程
• 6.2.1 主要计算参数
• 6.2.2 GAMBIT 前处理及FLUENT 求解
• 6.2.3 模拟结果及其分析
• 6.3 本章小结
• 7 结论及进一步工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录