铝合金高温储热材料相变储热机理研究

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1、摘要随着太阳能热发电技术的发展，储热材料的研究日益引起人们的关注。其中，铝基合金高温相变储热材料在相变温度、储热密度、使用寿命、生产成本等方面更适合做太阳能热发电系统中的储热材料。本课题基于太阳能发电站吸热器中所用的储热材料，重点研究铝合金相变材料及其相变储热机理。本文设计并制各了几种不同成分的A1一Si-Cu-～lg—Zn系列铝合金相变储热材料。运用金相显微技术和综合热分析技术等手段，对这几种铝合金相变储热材料的金相组织和储热量等进行了测试分析，主要研究各铝合金的热物理性能，及在熔化或凝固时各熔化相和析出相的成分，

2、探索各相在相变储热时所起作用，并对这些Al合金在熔化和凝固时的析出相的价电子结构进行系统分析，从电子结构层次揭示铝合金高温储热材料相变储热机理。主要研究内容及结果如下：1．通过实验测试与DSC分析Cu含量分别为5．9％、32．1％和47．396(wt％)的Al-Cu合金的凝固潜热变化规律，分析结果为Al-Cu合金的凝固潜热分别为：274．7J／g、263．2J／g和257．8J／g，即随Cu含量的增加凝固潜热逐渐减小；2．通过DSC测试对不同合金成分的二元Al合金(A1一Si，hl-Cu，A1-Mg，A1-Zn等)的

3、熔化潜热变化规律进行分析，得出A1-Si，Al-Cu，A1-Mg和A1-Zn合金在各自的极限固溶度时熔化潜热依次减小，即铝硅合金的熔化潜热最大；3．运用余式理论(EET)分析不同Si含量的铝硅合金价电子结构，固溶度范围内，Q相最强共价键键能随Si含量的增加而增加；4．运用余式理论(EET)分析不同Cu含量的铝铜合金价电子结构，计算得出Q相的最强共价键键能随Cu含量的增加而增大，并计算出0相的最强共价键键能比Q相的相应值要大，两相的键能和析出量直接影响Al-Cu合金的凝固潜热。故从价电子结构层次解释了随Cu含量的增加，

4、析出Q相逐减，0相逐增，凝固潜热逐减；5．运用余式理论(EET)对A卜Si，A卜Cu，A卜Zn，A卜Mg等合金价电子结构进行分析，根据计算结果比较得出A卜Si，A1-Cu，A1-Zn，A1-Mg合金在各自的极限固溶度时最强共价键键能大小顺序依次为：E^l-si)E^l哂>E^。拖>E^渤，和各合金的熔化潜热变化规律基本一致，故从价电子结构层次分析了不同合金元素对A1合金储热性能的影响。研究合金的价电子结构，有助于揭示合金储热性能改善的微观机理，在配置样品时还起到优化合金成分作用。关键词：相变材料；铝合金；储热量；EE

5、T；价电子结构IIAbstractWiththedevelopmentofsolarthermalpowergenerationtechnology,thestudyofthermalstoragematerialshasattractedincreasingattention．Thealuminummaterialasahi曲一temperaturephase—changematerialalloyismoresuitablefortheuseofthermalstoragematerialsofsolarther

6、malpowergenerationbasedonthefollowingreasonssuchasphasetransitiontemperature，densitystorage，lifeandcostofproduction．Basedonthesubjectofgasheatreceiverinthesolarpowerstations，wefocusonthealuminumalloyphase—changematerialsandtheirphase-changemechanismofthermalsto

7、rage．Inthisthesis，thealuminumalloyphase-changeheatstoragematerialsofAl-Si-Cu-Mg—Znserieswithdifferentcomponentshavebeendesignedandsynthesized．Theirmicrostructuresandlatentheatswerestudiedbythemetallographicmicroscopyandintegratedthermalanalysis，respectively．Maj

8、orstudyisthethermophysicalpropertiesofvariousaluminumalloy,meltphaseandcompositionofprecipitatesduringmeltingorsolidification．Andtheroleofeachphaseinthephase—changethermalen