泡沫金属复合相变材料的制备与性能分析.pdf

第 6 4卷 第 1 o期 2 0 1 3年 l o月 化工 ci esc 学 报 j o u r n a l v0l _ 6 4 no1 0 oc t o be t 2 ol 3 泡沫金属复合相变材料的制备与性能分析 盛 强 ，邢玉 明 ，王泽 ( 北京航空航天大学航 空科 学与工程学 院，北京 1 0 0 1 9 1 ； 黑龙江大学建筑工程学院 ，黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 8 0 ) 摘 要 ：利用 泡沫金属多孔结 构的吸附性能 ，以八水氢氧化钡为相变材 料 ，泡沫铜为 基体 ，制备 了结 晶水合盐 泡 沫金属 复合 相变材料 。采用差示 扫描量 热法测定 了八水 氢氧化 钡的热循 环性 能 ，随着热循 环次数 的增加 ，相 变 材料 的相变温度基本不变 ，相变 潜热 略有 减少 ，八水 氢氧 化钡具 有较好 的热 稳定性 。搭建 了相变储 能实 验 台， 实验分 析了 3组不 同实验方案 ，结果 表明 ，填充泡 沫铜不仅 增强 了相变材 料 的传 热速率 ，而 且有效地 降低 了八 水 氢氧化钡的过冷度 。当泡沫金 属使 用较大孔密度后 ，结 晶水合盐 的过冷 问题得 到了比较 明显的改善 。 关 键词 ：泡沫铜 ；相变材料 ；热循环 ；传 热 ；结晶水合盐 doi ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 0 4 3 8 1 1 5 7 2 0 1 3 1 0 0 1 1 中图分 类号 ：tk o 2 文献标 志码 ：a 文章编号 ：0 4 3 8 1 1 5 7( 2 0 1 3 )1 0 3 5 6 5 一o 6 pr e pa r a t i o n a nd p e r f o r m a nc e a n a l y s i s o f m e t a l f o a m c o m p o s i t e p ha s e c ha ng e m a t e r i a l s heng qi a n g ，xi ng yu mi n g ，wang z e ( s c h o o l o f ae r o n a u t i c s sc i e n c e a n d te c h n o l o g y，be i j i n g un i v e r s i t y o f ae r o n a u t i c s a n d as t r o n a u t i c s ，be i j i n g 1 0 0 1 9 1 ， ch i n a； sc h o o l o f ci v i l en g i n e e r i n g，he i l o n g j i a n g un i v e r s i t y，ha r b i n 1 5 0 0 8 0，he i l o n g j i a n g，ch i n a ) ab s t r a c t ：du e t o t h e a d s o r p t i o n p e r f o r ma n c e o f p o r o u s me t a l f o a m s t r u c t u r e ，a s a l t h y d r a t e me t a l f o a m c o m p os i t e pha s e c h a ng e m a t e r i a l (pcm ) wa s p r e pa r e d by u s i ng b a r i u m hy dr o xi d e o c t a hy dr a t e ( b a ( oh) 28 h2 o) a s l a t e n t h e a t s t o r a g e pcm a n d c o p p e r f o a ms a s s u p p o r t i n g ma t r i x th e t h e r ma l p r o p e r t i e s o f b a ( oh) 28 h2 o we r e me a s u r e d b y d i f f e r e n t i a l s c a n n i n g c a l o r i me t r y a f t e r a n u mb e r o f r e pe a t e d t he r ma l c y c l e s as t he nu m b e r of t h e r m a l c yc l e s i n c r e a s e s ， t he ph a s e c ha ng e t e mpe r a t ur e o f ba ( oh) 28 h2 o i s a l mo s t c o n s t a n t a n d t h e l a t e n t h e a t o f f u s i o n d e c r e a s e s s l i g h t l y ， wh i c h i mp l i e s t h a t ba ( oh ) 28h2 o ha s a g oo d t he r m a l s t a bi l i t y an e xp e r i me n t a l s e t u p wa s b ui l t t o s t ud y t he he a t t r a ns f e r p e r f o r ma n c e o f ba ( oh) 28 h2 o wi t h wi t h o u t c o p p e r f o a ms th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e h i g h p o r o s i t y me t a l f o a m n o t o n l y e n h a n c e s t h e h e a t t r a n s f e r r a t e o f ba ( oh) 28 h2 o wi t h i n t h e r ma l s t o r a g e u n i t s ， b u t a l s o r e du c e s t h e s upe r c o ol i n g of pcm e f f e c t i v e l y the s upe r c o o l i ng o f s a l t hyd r a t e s c a n be i mpr o ve d s i gni f i c a nt l y b y u s i ng l a r ge r p or e s p e r i n c h ( ppi ) m e t a l f o a ms ke y wo r d s： c op pe r f o a ms； pha s e c h a ng e m a t e r i a l ； t he r ma l c y c l i n g； he a t t r a ns f e r ； s a l t hy d r a t e 士 丘 随 着能 源 紧 缺 问题 的 加 剧 ，可 再 生 能 源 的储 2 0 1 3 0 2 2 2收到初稿 ，2 0 1 3 0 4 2 7收到修 改稿。 联 系人及第 一作者 ：盛 强 ( 1 9 8 1 ) ，男 ，博士研 究生 ，讲师。 基金项 目：国家 自然科学基金项 目 ( 5 0 8 7 6 0 0 4 ) 。 存 、开发和利用越来越成为世界各 国关注的重点。 能量储存不仅可以有效地降低总能量的耗散和减少 不必要的燃料浪费 ，而且可以提高整个系统的性能 re c e i v e d d a t e：2 01 3 0 2 2 2 co r r e s p o n d i n g a u t h o r： s heng qi a n g， s h e n g q i a n g b u a a 1 2 6 c o it i f o u n d a t i o n i t e m ： s u pp o r t e d b y t h e na t i o n a l na t u r a l sc i e nc e fo u n d a t i o n o f ch i n a ( 5 0 87 6 0 0 4) 3 5 6 6 化工学报 第 6 4卷 和可靠性 。能量储存方式分为 3种 ：显热储能、潜 热储能和化学反应储 能_ 1 。与其他储能方 式相 比， 潜热储能具有储能密度高 、体积小巧、温度控制恒 定 、节能效果 显著等优点 ，在工业废热 和余 热 回 收，将间断能源如太阳能等转化为连续能源方面以 及工业与民用建筑和空调 的节能等众多领域具有重 要应用价值 ，已成为能源科学与材料科学领域 中一 个 十分 活跃 的研 究热 点 。 利用相变材料进行潜热储能使相变潜热实现能 量 的储存和利用 ，有助于提高能效和开发可再生能 源 。固液相变储能材料从 固相熔化为液相的过程 中 吸收热 量 ，而 当其从 液相 凝结 为 固相 的过程 中向 环境释放热量 ，相变材料在相变过程 中具有等温或 近似等温，并伴随着较大的相变潜热等优点 ，但是 大多数固液相变材料的热导率很低 ，这导致相变储 能装置无法快速地进行热量的储存和释放 。为 了 克服相变储能装置 中相变材料换热性能差 的缺点， 许多研究人员分别提出了几种强化换热 的方法l_ 5 ： 通过添加剂的方式在相变材料中加入高热导率 的材 料_ 6 ；通 过 添加 肋 片 的方 式 强 化 换 热 。 ；通 过 优化相变储 能装置来增 强换热_ l 。 。 ；以高热导 率 材料作为多孔介质 ( 石墨和金属材料等)骨架 ，相 变材料作为填充物制成复合 相变材料_ 1 。其 中， 高孔隙度的多孔介质由于高导热性能和面密度被普 遍认为有很好的应用前景 ，当多孔介质和相变材料 复合 成定 形相 变 材料后 ，多孔介 质 本身 的毛 细力 和 表 面 张 力 会 防 止 熔 化 后 的 液 态 相 变 材 料 出 现 泄 漏 l 】 。一 些 相变材 料 在经 过 多次 熔 化 凝 固循 环 后 会发生相分离 、过冷现象和相变点温度、体积变化 等 问题 ，这大 大地 限制 了它 们 的使 用 。因此 ，一种 相变 储 能装 置 的成功 应用 主要取 决 于所 用相 变材料 的热稳定性 ，通过相变材料反复的热循环试验查看 其热物性 变 化确 保 该储 能装 置 可 以长 期稳 定 运 行l_ l 。本文采用 0 1 2 0 低温相变温度区的单位 体积相变 焓最高 的结 晶水合 盐八水 氢氧化 钡 ( b a ( oh) 8 h o ) _ 1 ，经过 1 5 0次热循环试验分析 其主要热力学参数 的变化情况，并设计制备了 3套 八水氢氧化钡 的相变潜热储能装置，通过实验测试 分析了填充多孔金属泡沫对结晶水合盐性能的影响。 1 实验材 料和方法 1 1 实验 材料 八水氢氧化钡为分析纯( 纯度 9 8 ) ；一组 泡沫铜的孔密度 为 1 0 p p i ，孔隙率为 9 7 1 3 ，另 一 组泡 沫铜 的孔 密 度为 2 5 p p i ，孔 隙率 为 9 6 5 8 9 6 。 1 2泡沫 复合 相变 材料 的 制备 应用泡沫铜为载体 ，b a ( oh) 8 h o为相变 材料 ，制备复合相变储 能材料。由于 b a ( oh) 8 h o 在熔 融状 态下极 易 与空 气 中 的二 氧 化碳 发生 反 应 ，需要 使用 真空 加热 炉对 八水 氢氧 化钡进 行 均 匀 加 热 ， 固态 的 b a ( oh) 8 h。 o 熔 化 为 液 态 ， 完成 b a ( oh) 8 h。 o相变储 能材料在氩气 保护 的条件下进行多孔材料吸附和填充。为了避免相变 储能装置在导热过程中出现不 良影响 ，对泡沫铜与 相变储能装置空腔采用微过盈配合。并再次对装配 泡沫铜的相 变储能装置在真空充 氩条件下均匀 加 热 ，二 次填 充熔 融状 态 下 的 b a ( oh) 。8 h。 o，这 样反复操作 ，尽 可能提高 b a ( oh) 。8 h o 的填 充 量 。在 填充 相变材 料 过程 中发 现 ，由于 泡沫铜 的 毛细 力和 表面 张力 的共 同作用 ，熔 融状 态 的相 变材 料一般不易渗 出，从而克服了相变材料在制备工艺 中液 相 流动 问题 。 1 3八水 氢氧 化钡 热循 环实 验 相变材料经过反复多次熔化 凝 固过程 ，为了 确保相变储能系统具有较长的使用寿命 ，要求相变 材料 在反 复吸 热 放 热 循 环 之 后 其 相 变 温度 与相 变 潜热保持稳定 。因此 ，采用一种相变材料应用于相 变储能系统中，分析反复多次热循环实验对相变材 料 热物 性参 数 的影 响是很 必要 的 。 氢氧化钡与铜合金 具有 良好 的相 容性 ，称 取 4 0 g 研磨好 的 b a ( oh) 。8 h o填装 到一支外径 为 2 0 mm 的紫铜 试管 中 ，插入 三线 制探 针型 p t l o 0 热电阻温度传感器 ，使热电阻头部测温区与样品充 分接触 ，并对金属试管口进行密封处理 ，防止样品 受 热 失 去 结 晶 水 ， 导 致 实 验 失 败 。 把 装 有 b a ( oh) 8 h o的紫铜试管放入带有温度控制器 的恒温水浴中，如图 1 所示 ，首先恒温水浴通过电 热器加热水浴 中的水 ，待相变材料完全熔化后 ，关 闭电加热器 ，打开恒温水槽排水阀门和进水 ( 2 0 自来水)阀门使样品完全冷却 ，完成一个样品的吸 热 放热循环 。待完成 5 0次 、1 0 0次、1 5 0次循环 时 ，分别取出大约 1 g的相变材料用于差示扫描量 热法( d i f f e r e n t i a l s c a n n i n g c a l o r i me t r y ，ds c)测 试分析 。 ds c分析在测量相变材 料热循环前后 的熔点 和相变潜热 的应用非常广泛。本实验采用德 国耐驰 第 1 o期 盛强等 ：泡沫金属 复合 相变 材料 的制备与性能分析 3 5 6 7 。 图 1热循 环实验示意 图 fi g1 sc he ma t i c d i a gr a m o f t he r ma l c yc l i ng t e s t s 1 一 t a p wa t e r t a nk；2 一 h 0 t wa t e r r e c y c l i ng t a n k；3 一 h e a t e r ； 4 pt l 0 0： 5 - c o p p e r c o n t a i n e r ； 6 一 wa t e r b a t h； 7 一 d a t a l o g g e r s y s t e m 仪 器 制造 有 限 公 司 生 产 的 s t a4 0 9 p c 型 差 示 扫 描 量热仪 ，由于 b a ( oh) 8 h。 o有较强 的腐蚀性 ， 故采用耐腐蚀且气密性好的高压镀金坩埚 ，其螺纹 密封连接的设计 使坩埚 内部最高可 以承受 1 0 p a 的压力 ，这 样 能 够 有 效 地 抑 制 b a ( oh) z8 h o 受热析 出结 晶水 被吹扫气带走 。d s c升 温速率分 别 采用 5 、4 、3 、2 mi n 测 定八 水 氢 氧化 钡 的 反 应 温度 和反 应 热 ， 比较 4种 升 温 速 率 的 d s c 曲 线 ，发 现 当加 热速 率过 大 ，八水 氢 氧化 钡在 没有 完 全熔化时其结 晶水就开始蒸发 ，测试 d s c曲线会 同时包括结 晶水的蒸发潜热。当加热速率太小时样 品的熔点降低 ，测量值会偏离参考值较大。为了更 清 晰地 观 测样 品 的相 变 规 律 ，采 用 3 rai n 升 温速率 的 ds c曲线较好 ，便 于数据处 理。温度控 制 范 围为 2 6 1 0 5 ，采 用通 气量 为 2 0 ml rai n 的高 纯 氮气 为 吹 扫 保 护气 ，在 氮 气 环境 保 护 了 b a ( oh) 。 8 h。 o在 ds c测试 中不会 发生 氧化 还 原 反 应 。 。 1 4八水 氢 氧化 钡相 变储 能装 置 性能 实验 图 2为 b a ( oh) 。 8 h o相 变储 能 装置 性能 实 验 系统 示意 图 。性 能实 验 中设计 制 造 了 3组 几何 形 状和材料 相 同的相变 储能装 置 ，其 外形 尺 寸 1 5 0 1t i m ( 长 ) 1 5 0 mm ( 宽 ) 2 0 mm ( 高 ) ，对 3 组 采用 紫 铜 作 为 材 料 的 相 变 储 能 装 置 中心 位 置 开 1 2 0 mm ( 长 ) 1 2 0 mi d ( 宽 ) 1 6 mm ( 高 ) 相 同尺寸 的槽 用 于储 存 b a ( oh) 8 h o 相 变材 料 。 其中，第一组 不 添加 泡沫 铜 ，第 二组 添 加 1 0 p p i 的泡沫铜 ，第三组 添加 2 5 p p i的泡沫铜 ，填料 完 毕后采用真空电子束对整个储能体进 行焊接封装 。 与相变储能装置横截面大小相等的薄膜电加热器紧 密地黏附在 3组相变储能装置的下底面，通过直流 稳压稳流 电源控制电加热器的输人功率 ，把加热热 图 2 相变储能装置性能实验 台示意 图 fi g2 sc h e ma t i c d i a gr a m of e x pe r i me nt a l s e t u p 量快速传递到相变储能装置中。实验中用贴片式热 电阻对 3组不 同相变储能装置 的表面温度进行测 量 ，6支 p t l 0 0热电阻对应固定在 3组相变储能装 置上 表面 的相 同位置 ， 目的是 进行 实验结 果 的对 比 分析。用于温度测量的 p t l 0 0热 电阻在测试之前通 过标 准温 度计 进 行 标 定 ，测 温 误差 为 0 1 。测 量温度由数据采集模块 ( ad am一 4 0 1 5 ) 自动记 录， 数据采集的时间间隔为 2 s ，在计算机显示器中绘 制出吸热 放热过程中温度随时间的变化曲线 。 2 实验结果 与讨论 2 1八水 氢氧 化钡 热循 环性 能分 析 由图 3可 以看 出，d s c升温 速率不 同对八水 氢氧 化钡 测 试 结 果 造 成 了一 定 的影 响 ，采 用 ta u l a g g i n g分析 方法有 效 地减 少 升温 速 率对 d s c曲线 形 状 及特征 峰位 置 的影 响 ，通 过表 1获得 4组 不 同 升温速率的 ds c潜热测量值与其升温速率之 间的 变 化 曲 线 ，再 拟 合 外 推 出 零 加 热 速 率 下 b a ( o h) 。 8 h。 o 的真正潜热值 。 因此 ， b a ( oh) 8 h o初始第 0次循环 、零升温速率 的 潜热值为 2 7 6 8 k j k g。 图 4 图 6分别表示八 水氢氧化钡经过 5 0次、1 0 0次、1 5 0次热循环实验 后取样分析的 ds c测试 曲线 ，其 中以第 0次循环 ds c值 为 参 考 值 ，表 2为 热循 环 实 验 次 数 对 八 水 氢 氧化 钡相 变材 料热 物性参 数 的影 响 。八 水氢 氧化 钡 在经 过 5 o次 、1 0 0次 、1 5 o 次 热循 环后 ，参 照第 0次循环其相变点温度 的变化分别为 一0 1 、0 1 、 0 1 ，说 明八水 氢 氧 化 钡 随循 环 次 数 的增 加 相 变 点温度 的变化 不大 ，始 终保 持在 7 8 4 7 8 6 。 而 相 变 潜 热 的 变 化 分 别 为 一 0 7 2 、 一3 4 、 一 5 0 6 ， 由此获 得 随着 热 循 环 次 数 的 增 加 ，八 水 氢氧化钡相变材料的潜热略有下降且变化较小 ，介 于 2 6 2 8 2 7 6 8 k jk g 之 间，分析可能产生相 变潜 热 值 下 降 的 主 要 因 素 是 在 热 循 环 实 验 中， 3 5 6 8 化工学报 第 6 4卷 鲁 ； 吉 t e mp e r a t u r e c 图 3 八水氢 氧化 钡在 不同升温 速率下 d s c测试结果 f i g 3 ds c me a s u r e me n t c u r v e s o f b a ( oh) 28 h2 o a t di f f e r e n t he a t i ng r a t e s b a ( oh) 。 8 h o是 不 稳 定 水 合 盐 ， 受 热 会 形 成 b a ( oh) h o， b a ( oh) h o的 溶 解 度 有 限 ， 在一定温度下不能完全溶解于水合盐吸热脱出的结 晶水 ， 由于 密 度 较 大 而 沉 淀 试 管 底 部 ，出现 相 分 离 。在 冷 却 过 程 中 ，没 有 采 取 特 殊 措 施 ，析 出 的 b a ( oh) h。 o不能与水重新结合生成结 晶水合 物，随着热循环次数的增加 ，析出晶体逐渐增多 ， 相分 离现 象 日趋严 重 ，从而 影 响了相 变材 料 的整体 蓄热性能 。表 2中所测循 环热物性数据与文献 4 提 i b a ( oh) 8 h o的热物性参数相符 。 表 1通过 d s c测试 不同升温速率下八水 氢氧化钡的相变温度和相变潜热 ta bl e 1 me l t i ng t e mpe r a t u r e a n d l a t e nt he a t o f f us i o n o f b a ( oh) 28 h2 o a t d i f f e r e n t h e a t i n g r a t e s b y ds c 表 2 通过 d s c测试八 水氢氧化钡反复多次 热循环 的相变温度和相变潜热 ta b l e 2 m e l t i ng t e mp e r a t ur e a nd l a t e nt he a t o f f u s i o n o f b a ( oh) 28 h2 o a t v a r i o u s t h e r ma l c y c l e s b y ds c 兽 葛 t e mp e r a t u r e c 图 4 八水氢氧化钡第 5 o次循环的 d s c测试结果 fi g 4 dsc me a s u r e me n t c ur ve of ba( oh) 28h2 o a t t he 5 0t h c y c l e t e mp e r a t u r e 图 5 八水氢氧化钡第 1 0 0次循环 的 d s c测试结果 f i g 5 ds c me a s u r e m e n t c u r v e o f b a ( oh) 28 h 2 o a t t he l o0 t h c yc l e t e mp e r a t u r e c 图 6 八水氢氧化钡第 1 5 0次循环 的 ds c测试 结果 fi g 6 ds c me a s u r e me n t c u r v e o f ba ( oh) 28 h2 o a t t he 1 5 ot h c y c l e 第 1 0期 盛强等 ：泡沫金属复合相 变材 料的制备与性 能分析 2 2泡沫 金属 复 合相 变材 料性 能分 析 本 实验 采 用 一 组 未 含 泡 沫 铜 和 两 组 含 泡 沫 铜 ( 1 o p p i ，9 7 1 3 ；2 5 p p i ，9 6 5 8 ) 的 相 变 储 能 装置在相同加热功率条件下分析 b a ( oh) z 8 h。 o 相变 材 料 吸 热 放 热 过 程 ，3组 实 验 件 的平 均 温 度 随 时 间变化 的对 比升温 曲线 如 图 7所示 ，整 个相 变 储 能装 置 吸 热 过 程 包 括 3个 阶段 ，即 固相 导 热 阶 段 ，固液 两相 储热 阶段 和 液相 自然 对 流 阶段 。在 固 相 导 热 阶段 ，当相 变储 能 装置 的上 壁 面平 均温 度从 初 始温 度 升 高 到 b a ( oh) 。8 hz o 的 相 变 点 温 度 7 8 o e时 ，含 泡 沫铜 比未 含 泡沫 铜 的相变 储 能装 置在 吸热 时 间上有 所减 少 ，其 原 因为泡 沫金 属 复合 相变 材料中泡沫铜具有较高的热导率 ，较大地提高 了相 变材料在吸热过程 中的传热速率 ，缩短了相变材料 的储 热 时 间 。 当 b a ( oh) 8 hz ( )受 热 处 于 固液 两 相 阶段 时 ，含泡 沫铜 相 变储 能装 置 的瞬 时平 均温 度 的 升温 速率 与未 含泡 沫 铜相 变储 能装 置 的 瞬时平 均温度 的升温速率近似一致 ，潜热在此 阶段是相变 材 料 的主 要 吸热形 式 ，在 含 和未含 泡 沫铜 的相 变储 能装置在相变材料 处于 固液两 相区时储 热方式相 同 。当 b a ( oh) 8 h。 o 全 部 熔 化 后 ，泡 沫 铜 的 填 充极 大地 抑 制 了 液态 相 变 材 料 的 自然 对 流 换 热 ， 泡沫金属复合相变材料 的传热以导热为主 ，泡沫骨 架 使得 相 变材 料 的传热 更 加均 匀 ，壁 面平 均温 度 随 时间 变化 趋 势 由 固 液 两 相 平 缓 区 变 为 纯 液 相 陡峭 区 。整 个 吸热 过 程 包 括 液 态 b a ( oh) 8 h。 o 的 自然对流和金属骨架的热传导 ，孔密度较高 的泡沫 金属对应的孔径较小 ，泡沫材料的多孔渗透性随着 孑 l 径 的减 小而 降低 ，因此 高孔 密度 削 弱 了多孔 材料 中液 态相 变材 料 的 自然 对 流 。而在 相 同孔 密度 条件 下 泡沫 金属 的孔 隙率较 小 ，该 泡沫 的有 效热 导率 会 更 大 2 引。综 合 以上 两 方 面 的作 用 ，从 图 7中可 以 看 出 ，i o p p i 、孔 隙率 为 9 7 1 3 泡 沫 铜 和 2 5 p p i 、 孔 隙率 为 9 6 5 8 泡 沫铜 的温 升 曲线 趋 势 和强 化 传 热 效果 相 近 。 大多数结晶水合盐都存在过冷现象 ，使液体物 质须冷却到凝固点以下一定温度才开始结晶，这样 严重影响结晶水合盐的工作性能，阻碍了该相变材 料 的广 泛应 用 。 图 8是 纯八 水氢 氧 化钡 与泡 沫铜 复 合相变材料的步冷曲线 。纯八水氢氧化钡的步冷 曲 线是 在未 添加 泡 沫铜 相 变储 能装 置 的性能 实验 中 自 然冷 却 条 件 下 获得 ，当相 变 材料 的温 度 下 降 到 6 8 8 时，b a ( oh) 。 8 h。 o才开始迅速结 晶，释 图 7含泡沫铜 与未含泡沫铜 的相 变储 能 装置 的平均壁 面温升 曲线 fi g 7 av e r a g e s ur f a c e t e mp e r at u r e c ur ve s of tsus wi t h a nd wi t hou t c op pe r f o a ms 图 8纯 八 水 氢 氧 化钡 与泡 沫铜 复合 相变材料 的步冷 曲线 fi g8 st e p c oo l i ng c ur v e s o f pur e ba( oh) 28h 2 o an d c opp e r f o a ms c omp os i t e pcm 放 出潜 热 ，过冷 度 为 8 2 ；泡 沫 铜 复合 相 变 材料 的步 冷 曲线是 添加泡 沫铜 相变储 能 装置在 相 同冷却 放 热 条 件 下 获 得 ， 其 中1 0 p p i 泡 沫 铜 的 b a ( oh) z 8 h o 发 现 过 冷 度 减 小 到 4 ，2 5 p p i 泡沫 铜能 将 b a ( oh) 8 h o 的过 冷度 降 低至 1 。说明泡沫铜的添加可以有效地降低结晶水合 盐 的过 冷度 ，且 孔密 度较 大 的泡沫铜 可 以为结 晶水 合盐提供更多 的成核 位置并提高其成 核能力。因 此 ，2 5 p p i 泡沫铜在强化传热效果相同 的条件下 ， 其成核效果最佳 。 3 结 论 ( 1 )本文采用吸附法制备 了结晶水合盐 泡沫 3 5 7 0 化工学报 第 6 4卷 金属复合相变储能材料 ，该复合材料 由于泡沫铜毛 细力和表面张力的共 同作用在制备过程中保持定型 特性 ，熔融状态下相变材料不易渗漏 。 ( 2 )通过 八水 氢氧 化钡 1 5 0次热 循环 实验 ，相 变 温 度变 化 范 围 7 8 4 7 8 6 ，相 变潜 热 变 化 范 围 2 6 2 8 2 7 6 8 k j k g 。 ，在相变材料 的热性能 方 面 ，八 水 氢氧 化钡 作为 潜热 储存 材料 具有 较好 的 热稳定性。考虑到相变材料的更长时间使用，建议 进行热循环次数更多的实验。 ( 3 ) 多孔 泡沫 铜具 有较 高 的热导 率 和三维 立体 骨架 结构 ，在 相 同加热 功率 下 ，含泡 沫铜 比未 含 泡 沫铜的相变储能装置具有更好的传热性能 ，泡沫铜 的填充缩短了相变材料的熔化时间，提高了相变储 能 装置 的温 度均 匀性 。 ( 4 )填充泡沫金属提高了结晶水合盐的成核能 力 ，有效地降低 了结 晶水合盐 的过冷度。在泡沫复 合相变材料具有相同强化传热效果的条件下 ，孔密 度越大就可以提供更多的成核位置 ，更好地解决过 冷 问题 。 re f e r e n c e s 1 2 3 3 4 5 6 7 8 ab h a t a lo w t e m p e r a t u r e l a t e n t h e a t t h e r m a l e n e r g y s t o r a g e ：h e a t s t o r a g e ma t e r i a l s j s o 1 e n e r g y，1 9 8 3 ， 3 0 ( 4 ) ： 3 1 3 3 3 2 z a l b a b， ma r i n j m ，ca b e z a l f，e t a 1 re v i e w o n t h e r ma l e ne r g y s t o r a g e wi t h p ha s e c h a n g e ： m a t e r i a l s ， h e a t t r a ns f e r a n a l y s i s a n d a p p l i c a t i o n s e j ap p 1 th e r m en g ，2 0 0 3 ， 2 3： 2 5 1 - 2 8 3 s ha r m a a， ty a g i v v ， ch e n c r， e t a 1 re vi e w o n t h e r ma l e n e r g y s t o r a g e wi t h p h a s e c ha n g e m a t e r i a l s a n d a p p l i c a t i o n s j re n e w s u s t a i n e n e r g y re v ， 2 0 0 9 ， 1 3 1 3 1 8 3 4 5 s h a r ma s d， s a g a r a k la t e n t he a t s t o r a g e ma t e r i a l s a n d s y s t e ms ：a r e v i e w j i n t j g r e e n e n e r g y，2 0 0 5 ，2 ： 1 5 6 fa n i kh o d a d a d i j m the r ma l c o nd u c t i v i t y e nh a n c e me n t o f p h a s e c h a n g e ma t e r i a l s f o r t h e r m a l e ne r g y s t o r a ge ： a r e v i e w j re n e w s u s t a i n en e r g y r e v ， 2 0 1 1 ， 1 5： 2 4 2 6 fuk a i j ， ka n o u m ，ko d a ma y，e t a 1 th e r ma l c o n d uc t i v i t y e n ha n c e m e n t o f e n e r g y s t o r a ge me d i a u s i n g c a r b o n f ib e r s j e n e r g y c o n v e r s ma n a g e ，2 0 0 0 ，4 1 ： 1 5 4 3 1 5 5 6 fuk a i j ， ha ma da y， mo r o z u mi y，e t a 1 ef f e c t o f c a r b o n f i be r b r u s h e s o n c o n d u c t i v e he a t t r a n s f e r i n p ha s e c ha n g e ma t e r i a l s j i n t j he a t ma s s t r a n s f e r ， 2 0 0 2 ，4 5 ： 4 7 8 1 4 79 2 et t o u n e y h m ， al a t i q i i ， al s a h a l i m ， e t a 1 h e a t t r a n s f e r e n h a n c e me n t b y me t a l s c r e e ns a nd me t a l s p h e r e s i n 9 1 0 u 1 2 1 3 i 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 o 2 1 3 2 2 p h a s e c h a n g e e n e r g y s t o r a g e s y s t e ms j re n e w en e r g y， 2 0 0 4， 2 9：8 41 - 8 6 0 ve l r a j r， s e e n i r a j r v， ha f n e r b， e t a 1 e x p e r i me n t a l a n a l y s i s a n d n u me r i c a l mo d e l i ng o f i n wa r d s o l i d i f i c a t i o n o n a f in n e d v e r t i c a l t u b e f o r a l a t e n t h e a t s t o r a g e u n i t j s o 1 en e r gy， 1 9 9 7， 6 0 ( 5 )： 2 8 1 2 9 0 s t r i t i h u an e x p e r i me n t a l s t u d y o f e nh a nc e d h e a t t r a n s f e r i n r e c t a n g u l a r p cm t h e r ma l s t o r a g e j i n t j he a t ma s s t r a n s f e r ，2 0 0 4，4 7：2 8 4 1 2 8 4 7 ho s s e i n i z a d e h s f， ta n f l ， m o os a ni a s m ex p e r i me nt a l a n d nu me r i c a l s t u d i e s o n p e r f o r m a nc e o f pcm b a s e d he a t s i n k wi t h d i f f e r e n t c o n f i g u r a t i o n s o f i n t e r n a l f i n sj app1 th e r m en g， 2 0 1 1， 3 1： 3 8 2 7 3 8 38 go n g z x mu j u md a r a s c y c l i c h e a t t r a n s f e r i n a n o v e l s t o r a g e u n i t o f mu l t i p l e p h a s e c h a n g e ma t e r i a l s j ap p1 the r men g ， 1 9 9 6， 1 6 ( 1 0)：8 0 7 8 1 5 z h a n g yi n p i n g (张 寅平 ) ， s t e i n e r d， gr o l l m ex p e r i m e n t a l s t u d y o n c h a r a c t e r i s t i c s o f h e a t t r a n s f e r a n d t h e r ma l s t o r a g e o f i n d i r e c t c o n t a c t g a l i s o l s y s t e m j ac t a en e r g i a e s o l a r i s s i n i c a ( 太 阳 能 学 报) ，1 9 9 8 ，1 9 ( 4 ) ： 3 5 2 3 5 9 z h o u d ， z ha o c y ex p e r i me nt a l i n v e s t i g a t i o n s o n he a t t r a n s f e r i n p h a s e c h a n g e m a t e r i a l s ( pcm s ) e mbe d d e d i n p o r o u s ma t e r i a l s j ap p 1 t h e r m en g ， 2 0 1 1 ， 3 1 ： 9 7 0 9 7 7 cu i h tex p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n o n t h e h e a t c h a r g i n g p r o c e s s by p a r a f f i n f i l l e d wi t h h i g h p or os i t y c o p p e r f o a m j ap p 1 t h e r m e n g ，2 0 1 2 ，3 9 ：2 6 2 8 wu z h i g e n ( 吴 志 根 ) ，z h a o c h a n g y i