【摘要】：隨著能源短缺和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重,相變儲能材料以潛熱儲存的方式有效解決了能源在時(shí)效與儲量方面的供求矛盾,因而受到廣泛關(guān)注。在實(shí)際工程應(yīng)用中相變儲能材料往往需要經(jīng)歷上千次熔化/凝固循環(huán),要求相變材料具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性能,這也是相變材料得以成功應(yīng)用的關(guān)鍵因素。無機(jī)水合鹽是適于0-150℃溫度范圍的典型相變儲能材料,具有來源豐富、成本低廉和單位儲能密度大等優(yōu)點(diǎn),但過冷和相分離問題嚴(yán)重影響其儲熱穩(wěn)定和使用壽命。因此本課題通過不同的手段提高水合鹽即十二水磷酸氫二鈉的循環(huán)穩(wěn)定性,以獲得過冷度小,相分離有效改善,具有潛熱高且循環(huán)穩(wěn)定性良好的相變儲能體系。本研究的主要內(nèi)容及成果如下:首先以十二水磷酸氫二鈉為主相變材料,膨脹石墨為支撐材料制備無機(jī)-無機(jī)復(fù)合相變材料。結(jié)果表明,隨著膨脹石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,復(fù)合材料的相變溫度和相變潛熱有所降低,過冷度呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢,當(dāng)膨脹石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%時(shí)能有效抑制過冷;將復(fù)合相變材料進(jìn)行300次熔化/凝固熱循環(huán),結(jié)果發(fā)現(xiàn),300次循環(huán)前后相變溫度變化不大,過冷度有所減小,相比較純十二水磷酸氫二鈉,復(fù)合材料的相變潛熱衰減明顯減緩,在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),膨脹石墨含量越大,復(fù)合材料的潛熱衰減越慢,當(dāng)膨脹石墨的用量為11%,九水硅酸鈉為4%時(shí),體系穩(wěn)定性較高,經(jīng)300次循環(huán)后相變潛熱衰減率僅為26.13%。其次,通過添加增稠劑和成核劑改善水合鹽的不足,并對體系的熱物性和循環(huán)穩(wěn)定性進(jìn)行研究。結(jié)果表明,添加1%聚丙烯酸鈉能有效抑制十二水磷酸氫二鈉的相分離現(xiàn)象,以焦磷酸鈉、聚乙二醇和二氧化鈦?zhàn)鳛槌珊藙┚捎行б种破溥^冷現(xiàn)象。對上述三種成核劑體系進(jìn)行300次長期熔化/凝固循環(huán)試驗(yàn),以相變溫度、過冷度和相變潛熱為評價(jià)指標(biāo),結(jié)果表明,增稠劑為1%聚丙烯酸鈉,成核劑為3%二氧化鈦的十二水磷酸氫二鈉體系的相變潛熱較高,過冷度較小且性能長期維持穩(wěn)定。此外,水合鹽體系的循環(huán)儲熱穩(wěn)定性與固態(tài)晶體顆粒的尺寸存在一定關(guān)系,相變材料的平均顆粒尺寸越小,其儲熱循環(huán)穩(wěn)定性越好,反之越差;最后,以1%聚丙烯酸鈉為增稠劑,3%二氧化鈦為成核劑的十二水磷酸氫二鈉相變材料作為保溫劑,設(shè)計(jì)溫控包裝試驗(yàn)評估相變材料的保溫效果,結(jié)果表明,保溫劑在-10℃恒溫環(huán)境下經(jīng)歷12h后,EPS保溫箱內(nèi)的溫度保持在30℃以上,保溫效果良好;本研究的創(chuàng)新性在于對含增稠劑與成核劑的十二水磷酸氫二鈉體系進(jìn)行循環(huán)穩(wěn)定試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)循環(huán)儲熱穩(wěn)定性與固態(tài)晶體顆粒的尺寸存在一定關(guān)系。相變材料的結(jié)晶顆粒尺寸越小,其儲熱循環(huán)穩(wěn)定性越好,反之越差。因此,可通過制備微小顆粒的晶體,且在循環(huán)過程中保持顆粒尺寸大小不變的方法獲得具備良好的儲熱循環(huán)穩(wěn)定性的體系,為其他水合鹽的穩(wěn)定性研究提供思路。
【圖文】：

[1]。圖1-1 固液相變材料的儲熱機(jī)制Fig.1-1 Thermal storage mechanism of solid-liquid phase change material

1.1 相變材料的分類如圖 1-2 是相變材料根據(jù)化學(xué)成分的分類方式。圖1-2 相變材料的分類Fig1-2 Classification of phase change materials1.1.1 無機(jī)相變材料無機(jī)相變材料主要包括無機(jī)水合鹽類、熔融鹽類及金屬與合金類。表 1-1 常見無機(jī)水合鹽的相變溫度與相變潛熱Tab.1-1 Phase change temperature and phase change latent heat of partially inorganic hydrated相變材料 相變溫度（℃） 相變潛熱(kJ/kg)H2O 0[2]333[2]LiClO33H2O 8.1[3]253[3]KF 4H2O 18.5[4]231[4]Mn(NO3)26H2O 25.8[5]125.9[10]CaCl26H2O 29[6]190.8[5]LiNO33H2O 30[4]296[5]Na2SO410H2O 32.4[7]254[5]Na2CO310H2O 32 36[8]246.5[8]CaBr26H2O 34[5]115.5[5]Na2HPO412H2O 35.5[9]265[10]Zn(NO3)26H2O 36[5]146.9[5]Na2S2O35H2O 48[5]201[1]Na(CH3COO) 3H2O 58[4]264[11]Na2P2O710H2O 70[4]184[6]Mg(NO3)26H2O 89[4]162.8[5](NH4)Al(SO4) 6H2O 95[4]269[4]MgCl26H2O 117[4]168.6[5]水合鹽是無機(jī)相變材料中研究最多的一類，該類相變材料所覆蓋的熔點(diǎn)范圍較廣，滿足工業(yè)應(yīng)用對相變溫度的需求，，儲能密度大，導(dǎo)熱系數(shù)高且成本低廉，來源豐富等優(yōu)勢，因而受到青睞。表 1-1 羅列了常見的無機(jī)水合鹽的相變溫度與相變潛熱[12]，水合鹽
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB34

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本文編號：2653792