毕业论文-纳米复合相变蓄能材料性能研究

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1、中国科学技术大学硕士学位论文纳米复合相变蓄能材料性能研究作者姓名：卢大杰学科专业：制冷及低温工程导师姓名：胡艽副教授完成时间：二O一二年六月二日『IfNlIMIll[1llfllY2126112UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster，SdegreeStudyofPerformanceofPhaseChangeMaterialsWithNano_particlesAuthor’SName：LuDajieSpeciali

2、ty：RefrigerationandCryogenicEngin,eering一一Supervisor：AssociatePro￡HuPengFinishedtime：June2加，2012摘要摘要太阳能是重要的可再生清洁能源，但稳定性差，因此在太阳能热利用中需要蓄热。另外蓄能技术也可用于工业余热回收、制冷热泵、分布式能源等系统以提高系统性能。相变材料(PhaseChangeMaterials，PCMs)是重要的蓄能材料，由于具有储能密度高、相变温度稳定等特点而受到重视。但目前PCMs还存在～些缺

3、陷，限制了工程应用。本文提出并对纳米复合PCMs的相变蓄热性能开展了研究工作，研究结果对提高PCMs性能，优化设计相变蓄热器具有重要的指导意义。三水合醋酸钠(Sodiumacetatetrihydrate，SAT)是一种典型的水合盐类相变材料，具有较高的储能密度和热导率，但在凝固过程中易过冷和相分离，因此应用时需要有效的成核剂和增稠剂。本文实验分析了几种纳米材料(砧N、Si3N4、ZrB2、Si02、BC4、SiB6)对SAT的成核效果，结果表明质量分数5％或4％的si3N4、10％ZrB2、5％A

4、1N在自然分散下就能够消除SAT的过冷度，质量分数2％的Si02在熔化的SAT中经磁力搅拌和超声分散后能够消除其过冷度。纳米材料的粒度分析结果表明粒度分布在几十纳米到300纳米左右的纳米材料有较好的成核效果。通过光学显微镜观察到纳米A1N颗粒与SAT复合材料的结晶过程，通过500次热稳定性循环实验验证了纳米A1N成核剂具有较好的长期稳定性效果。微观观察和TG．DTA实验还证实了CMC是SAT的一种较好的增稠剂，能够减小SAT的结晶粒度，提高失水温度。季戊四醇(Pentaerythritol，PE)是

5、一种中低温有机相变材料。通过DSC实验及非等温结晶动力学分析，表明纳米颗粒对季戊四醇的结晶性能有较大的影响，能够促进季戊四醇的结晶、减少过冷度起到异相成核的作用。应用多种非等温结晶动力学模型比较，结果表明莫志深法能够较好的处理季戊四醇的非等温结晶问题。组合式相变材料较单一相变材料具有优越的传热和热力学性能，本文基于热力学有效能(烟)分析推导了使用不同相变材料数时的最佳相变温度的理论计算公式，并根据最佳相变温度推导出螺激率随着相变材料数的变化关系。以实际余热温度为例计算了最佳相变温度与最佳媚擞率，并根

6、据文献调研的一些相变材料的性质给出了最佳相变温度所对应的相变材料的组合。最后，本文用Fluent模拟了三种相变蓄热器在相同的工况和几何参数下相变蓄热过程，结果表明，肋片管蓄热器比光管蓄热器有更大的传热效率，而在肋片密集度逐步增大的非均匀肋片管蓄热器的传热性能优于均匀布置肋片管蓄热器。关键词：相变蓄热材料纳米颗粒三水合醋酸钠季戊四醇组合式相变材料强化传热Fluent模拟Abstract————————————————————————————————————————————————一AbstractSo

7、larenergyisanimportantrenewable，cleanbutunstableenergysource．Therefore，itsthermalutilizationrequiresanefficientthermalstorage．Manyo也erheatenergyutilizationsystems，suchasindustrialwasteheatrecoverysystem，refrigerationandheatpumpsystem，andDistributedComb

8、inedCooling，HeatingandPower(CCHP)systemmayalsoneedthermalstoragetechniquetoimprovesystemperformances．Becauseofhavinglargelatentheatandconstantphasechangetemperatures，phasechangematerials(PCMs)areconsideredasthepromisingmediumsforthermal