能源短缺尤其是化石能源枯竭已成為世界性的難題,大力發(fā)展新能源迫在眉睫,基于太陽(yáng)能儲(chǔ)量的無限性、存在的普遍性和開發(fā)利用的清潔性,太陽(yáng)能熱發(fā)電引起了各國(guó)科研人員的廣泛關(guān)注。為了克服太陽(yáng)能的不穩(wěn)定性,太陽(yáng)能熱發(fā)電設(shè)計(jì)了蓄熱子系統(tǒng),可在光照正常時(shí)將熱量?jī)?chǔ)蓄起來,在夜間或光照不足時(shí)保證熱量供給,使電站連續(xù)、穩(wěn)定工作。我國(guó)不僅面臨著嚴(yán)峻的能源問題,還面臨著嚴(yán)重的土地沙漠化等生態(tài)環(huán)境問題,目前全國(guó)沙漠面積高達(dá)64萬平方千米,然而沙漠地區(qū)具有日照時(shí)間長(zhǎng),太陽(yáng)能資源豐富的優(yōu)勢(shì),針對(duì)上述兩個(gè)問題,本課題就地取材,利用沙漠砂制備太陽(yáng)能蓄熱材料并設(shè)計(jì)蓄熱單元結(jié)構(gòu),在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了生態(tài)保護(hù)和太陽(yáng)能利用共同發(fā)展。 本文以沙漠砂、頁(yè)巖、方解石、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石為主要原料,采用擠出成型的方式,制備了"Ca-Al-Si"系蜂窩蓄熱陶瓷材料,采用XRD、SEM等現(xiàn)代分析和測(cè)試手段探討了樣品組成、制備工藝對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和性能的影響。在最佳配方A5的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并制備了高溫封裝劑,討論了蜂窩陶瓷中相變材料的填充方式,計(jì)算了潛-顯熱復(fù)相蜂窩陶瓷材料的蓄熱密度,同時(shí)基于本研究制備的潛-顯熱復(fù)合蜂窩陶瓷材料,結(jié)合前人的研究成果,設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能熱發(fā)電蓄熱器的蓄熱單元、蓄熱單元的連接方式以及蜂窩蓄熱陶瓷結(jié)構(gòu)尺寸。結(jié)果表明："Ca-Al-Si"系蜂窩蓄熱陶瓷材料滿足太陽(yáng)能熱發(fā)電蓄熱子系統(tǒng)對(duì)蓄熱材料的要求,蓄熱單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。 對(duì)A系列配方的研究表明：引入長(zhǎng)石可顯著降低樣品燒成溫度。A系列樣品燒成溫度范圍為1040～1060℃,氣孔率變化范圍為31.26～47.46%,吸水率變化范圍為17.32～33.41%,體積密度變化范圍為1.45～1.81g·cm-3,抗折強(qiáng)度變化范圍為30.35～58.27MPa。經(jīng)1060℃燒成的樣品A5綜合性能較優(yōu),其組成為沙漠砂50%、山東頁(yè)巖20%、大冶方解石15%、林州鈉長(zhǎng)石5%、山東鉀長(zhǎng)石10%,其吸水率為17.32%,氣孔率為31.26%,體積密度為1.81g·cm-3,抗折強(qiáng)度為30.35MPa,抗熱震性達(dá)到在室溫～800℃(空氣中冷卻)30次不開裂。經(jīng)XRD分析,樣品主晶相為鱗石英、鈣長(zhǎng)石和硅酸鈣。SEM分析樣品微觀結(jié)構(gòu)表明鈣長(zhǎng)石晶體作為骨架,表面分布著大量粒徑0.2μm左右的顆粒狀鱗石英晶體及直徑1.5～4μm的球形硅酸鈣晶體,被玻璃相包裹并連接,提高了樣品強(qiáng)度。大量顆粒狀鱗石英相對(duì)于方石英在燒成和冷卻的過程中具有較小的體積變化,提高了樣品的強(qiáng)度和抗熱震性,滿足太陽(yáng)能熱發(fā)電用蓄熱材料對(duì)抗熱震性能的要求。 為探索沙漠砂制備蜂窩陶瓷的可行性,對(duì)最佳配方A5進(jìn)行擠出實(shí)驗(yàn),在該配方中加入適量粘結(jié)劑、增塑劑、潤(rùn)滑劑及水,通過擠出成型制備出蜂窩陶瓷。為安全可靠的封裝PCM,對(duì)封裝劑進(jìn)行了研究,在蜂窩陶瓷基體的配方中,加入一定組分的熔劑作為高溫粘結(jié)劑,制備出復(fù)合蜂窩陶瓷的封裝劑,并封裝相變材料工業(yè)NaCl, SEM分析表明封裝劑與蜂窩陶瓷基體結(jié)合性良好。計(jì)算出在0～28℃、0～300℃、0～600℃、0～800℃、0～1000℃范圍內(nèi),以1/2孔洞數(shù)量和1/2孔洞容積的方式填充工業(yè)NaCl的潛熱-顯熱復(fù)相蓄熱陶瓷的蓄熱密度分別為556.55 kJ·kg-1、962.89 kJ·kg-1、992.16 kJ·kg-1、1142.12 kJ·kg-1、1349.73 kJ·kg-1。 設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能熱發(fā)電蓄熱器單元,為"Ca-Al-Si"系蜂窩陶瓷在太陽(yáng)能熱發(fā)電蓄熱子系統(tǒng)中的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。蓄熱單元的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理,傳熱效率高,經(jīng)濟(jì)效益好,達(dá)到了初步設(shè)計(jì)要求,適用于太陽(yáng)能熱發(fā)電蓄熱子系統(tǒng)。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：TK512
【部分圖文】：

武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文圖2一10為A系列配方樣品在最佳燒成溫度點(diǎn)燒成后的XRD圖譜，圖2一n為A系列配方樣品在最佳燒成溫度點(diǎn)燒成在800℃經(jīng)受30次熱震后的XRD圖譜。由圖可知，樣品的主晶相為鱗石英、鈣長(zhǎng)石和硅酸鈣。比較熱震前后XRD圖譜可以看到熱震后鱗石英晶體的衍射峰數(shù)量增加，這主要是由于熱震實(shí)驗(yàn)促使鈣長(zhǎng)石晶體溶解于硅酸鹽液相之中，而在含Ca的硅酸鹽液相中鱗石英晶體的溶解度較低，從而促進(jìn)了鱗石英晶體的析出，熱震后的XRD圖2一11中鱗石英晶體數(shù)量相對(duì)增多，提高了樣品的抗熱震性能。2.2.8樣品的顯微結(jié)構(gòu)分析(a)200X(b)2000X(e)5000X(d)10000X圖2一 121060℃燒成的Al樣品的斷面的SEM形貌圖Fig.2一 12SEMmorphologyofthefraeturedsurface ofsamPleAlfiredat1060oC圖2一12為Al配方在最高1060℃的溫度下燒成的樣品的SEM圖。從圖2一12(a)放大倍數(shù)200倍和圖2一12(b)放大倍數(shù)2000倍的顯微結(jié)構(gòu)圖中可以看出，

樣品的結(jié)構(gòu)較為致密，較多閉氣孔和少量連通氣孔，閉氣孔直徑為2一10林m。作為骨架的晶體被較厚的玻璃相所包裹，玻璃相表面還有少量球形顆粒狀的晶體。當(dāng)樣品顯微結(jié)構(gòu)放大至圖2一12(c)5000倍和圖2一 12(d)10000倍時(shí)，可以觀察到大量直徑在0.2一0.3林m的顆粒狀晶體，顆粒狀晶體零散的或者鱗片狀的分布在包裹骨架的玻璃相表面，少量直徑1一1.5林m的球狀晶體。結(jié)合XRD圖2一10分析可知，構(gòu)成骨架的晶體為鈣長(zhǎng)石晶體，顆粒狀晶體為鱗石英晶體，球狀晶體為硅酸鈣晶體或者團(tuán)聚在一起的鱗石英晶體。(a)200X(b)2000X(e)5000X(d)10000X圖2一 131060℃燒成的Al樣品經(jīng)30次熱震后(800℃一室溫)的斷面的SEM形貌圖Fig.2一 13SEMmorPhologyofthefraeturedsurfaeeofsamPleAlfiredatl060oC after30timesthermalresistance(介 om800oCtoroomtemPerature)圖2一13為Al配方在1060’C的溫度下燒成的樣品經(jīng)過30次熱震后的SEM圖。從圖2一13(a)放大倍數(shù)200倍和圖2一13(b)放大倍數(shù)2000倍的顯微結(jié)構(gòu)圖中可以看出閉氣孔直徑增大，連通氣孔數(shù)量增多，閉氣孔直徑為2一15林m。構(gòu)成骨架的晶體被較厚的玻璃相所包裹，玻璃相表面分布著大量顆粒狀的晶體。

武漢理l二大學(xué)碩士學(xué)位論文當(dāng)樣品顯微結(jié)構(gòu)放大至圖2一 13(c)5000倍和圖2一 13(d)10000倍時(shí)，可以觀察到大量顆粒狀晶體，直徑在0.1林m左右，這些顆粒狀晶體大量零散的分布在樣品內(nèi)部以及玻璃相表面，還觀察到極少數(shù)直徑0.5林m左右的晶體。結(jié)合XRD圖2一n分析可知，構(gòu)成骨架的晶體為鈣長(zhǎng)石晶體，顆粒狀晶體為鱗石英晶體，粒徑較大的晶體為硅酸鈣晶體或者鱗石英晶體。對(duì)比熱震前后的樣品顯微結(jié)構(gòu)圖可以看到閉氣孔直徑增加，連通氣孔數(shù)量增多，鱗石英晶體粒徑減小且更為分散的分布在樣品內(nèi)部。樣品內(nèi)部縱橫交錯(cuò)的鈣長(zhǎng)石骨架提供了樣品的強(qiáng)度。熱震前后樣品內(nèi)部都有大量的鱗石英晶體，鱗石英晶體在加熱和冷卻的過程中的體積變化都較方石英要小
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本文編號(hào)：2873331