论文题目: 无机盐/陶瓷基复合储能材料制备、性能及其熔化传热过程的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 李爱菊
导师: 张仁元
关键词: 无机盐,陶瓷基复合储能材料,制备工艺,热物理性能,稳定性,熔化传热
文献来源: 广东工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 热能储存技术可以解决能源供给与需求失配的矛盾,达到提高能源利用率和保护环境的目的。但是目前储能技术中应用较多的两大类储能材料——相变材料和显热材料,均存在一些缺点。如:相变材料存在释热时液.固两相界面处热阻大导致传热效果很差、化学稳定性不好、对容器腐蚀严重等缺点,显热材料存在蓄热密度小、蓄（释）热过程难控制、选材有限等缺点。因此,研制能够结合相变材料和显热材料二者优点,克服二者缺点的新型复合储能材料已经成为人们研究的热点和难点。 本文提出了将无机盐和陶瓷材料进行复合的创新方法,采用混合-烧结法成功地制备出了新型无机盐/陶瓷基复合储能材料,克服现有无机盐相变材料和显热材料存在的缺点。在储能过程中,这种材料可与相容性流体直接接触换热,大大提高了换热效率。 本文通过实验和理论分析选择相变潜热和比热大、高温蒸汽压小的Na2SO4作为相变材料;选择与Na2SO4具有良好化学相容性,且热震稳定性好和导热系数大的二氧化硅（SiO2）作为载体基质。系统地研究了Na2SO4/SiO2复合储能材料的制备工艺,讨论了原料配比、成型压力、烧结温度、保温时间和粘结剂用量等工艺参数对材料结构和力学性能及其显微组织的影响,从而获得Na2SO4/SiO2复合储能材料的最佳制备工艺条件。在此基础上,通过XRD、SEM、偏光显微镜详细地研究了Na2SO4/SiO2复合储能材料的物相组成和显微结构。XRD结果表明,Na2SO4和SiO2之间没有新物质生成,二者仅仅是机械嵌合作用;SEM和偏光显微镜分析表明,Na2SO4和SiO2之间结合良好,不存在相分离,而且SiO2的显微粗糙表面有利于把持Na2SO4提高复合材料的强度,同时SiO2微孔结构对Na2SO4的包覆作用提高了复合材料长期反复循环中的性能稳定性。 本文通过差示扫描量热仪、激光热常数仪、Instron 8032材料试验机和自制温度采集系统等对制备出的Na2SO4/SiO2复合储能材料热物理性能和热循环稳定性进行了详细的研究。其结果表明,Na2SO4/SiO2复合储能材料具有较高的储能密度、良好的导热性和一定的高温强度,经过长期反复循环使用后性能稳定,能够经得
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 储能材料的研究与进展
1．2．1 储能材料的分类
1．2．2 储能材料的性能要求
1．2．3 储能材料储能密度的计算
1．3 几类典型的储能材料
1．3．1 显热储能材料
1．3．2 相变材料
1．3．3 化学反应储能材料
1．3．4 复合储能材料
1．4 无机盐/陶瓷基复合储能材料
1．4．1 无机盐/陶瓷基复合储能材料的特点
1．4．2 无机盐/陶瓷基复合储能材料的研究进展
1．4．3 无机盐/陶瓷基复合储能材料制备工艺综述
1．4．4 无机盐/陶瓷基复合储能材料的应用前景
1．5 课题的来源和研究内容
第二章 原材料的选择
2．1 原材料的选择
2．1．1 选材原则
2．1．2 几种常见无机盐的理化性能
2．1．3 陶瓷材料
2．1．4 Na_2SO_4和SiO_2的性能研究
2．2 粘结剂的选择与制备
2．3 本章小结
第三章 Na_2SO_4/SiO_2复合储能材料制备工艺的研究
3．1 实验内容及方法
3．1．1 复合材料制备工艺流程
3．1．2 原料
3．1．3 混料
3．1．4 成型方法
3．1．5 坯体预处理
3．1．6 烧结过程控制
3．1．7 性能测试与结构表征
3．2 结果与讨论
3．2．1 原料配比的确定
3．2．2 成型压力的确定
3．2．3 烧结制度的确定
3．2．4 粘结剂用量
3．2．5 复合材料的 XRD物相分析
3．2．6 复合储能材料的组织结构
3．3 Na_2SO_4/SiO_2复合储能材料烧结机理分析
3．3．1 液相烧结过程
3．3．2 烧结致密化机理
3．4 本章小结
第四章 Na_2SO_4/SiO_2复合储能材料的热物理性能和稳定性研究
4．1 Na_2SO_4/SiO_2复合储能材料的热物理性能
4．1．1 相变潜热
4．1．2 比热容、热扩散率和导热系数
4．1．3 复合材料导热系数理论预测方法及与实验值的比较
4．1．5 高温强度
4．2 Na_2SO_4/SiO_2在反复热循环中储热性能的变化
4．2．1 反复循环前后复合储能材料的物相分析
4．2．2 反复循环前后复合储能材料的质量变化
4．2．3 反复循环前后复合储能材料的潜热变化
4．3 熔化-凝固特性分析
4．3．1 实验方法
4．3．2 结果与讨论
4．4 Na_2SO_4/SiO_2复合储能材料的热震稳定性
4．5 本章小结
第五章 无机盐/陶瓷基复合储能材料熔化传热过程的数值模拟
5．1 引言
5．2 相变传热问题的特点
5．3 相变问题的数值求解方法
5．3．1 非稳态导热问题的求解
5．3．2 相变传热问题求解方法
5．4 复合储能材料熔化过程的研究
5．4．1 物理模型
5．4．2 数学模型
5．4．3 各参数的计算和处理
5．4．4 数值模型的分析
5．4．5 数值计算结果分析
5．4．6 计算结果与实验结果比较
5．5 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
独创性声明
发布时间: 2005-07-27
参考文献
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