醋酸钠膨胀石墨复合材料填充式蓄热装置的实验研究

摘要 摘要由于全球变暖等环境问题的日益加重，太阳能取暖越来越受到人们的关注。其中，太阳能蓄热装置以其连续、稳定的供热受到人们的青睐。相变材料（PhaseChangeMaterial，简称PCM）具有稳定的相变温度，而且相变时的相变热量也很大，因此被广泛应用在建筑的节能和室内的取暖方面。在低温相变领域内，PCM的储热能力是水的2-3倍。本课题以满足我国北方地区城市集中供热的热力管网无法覆盖的企业园区、乡镇公用建筑或居民建筑的供热需求为主要目标，针对填充床潜热储热技术，研究太阳能供热系统下的填充床潜热储热装置。本文对复合相变材料的热物性进行研究。采用添加具有高热导率的膨胀石墨碳材料的方法与三水醋酸钠混合制备膨胀石墨质量分数不同的新型复合相变材料，研究不同比例膨胀石墨对复合相变材料热物性的作用规律。首先对膨胀石墨在复合相变材料中所占的质量分数大小对相变材料热物性的影响，而后又对膨胀石墨的粒径大小对复合相变材料热热物性的影响进行了论述，最后还对不同粒径的掺混对复合相变材料热物性的影响进行了论述，最后我们通过实验测量探究不同水浴温度下对复合相变材料热物性的影响。利用差示扫描量热仪（DSC）、热常数测试仪（HotDisk）、储放热实验获得含有不同质量分数膨胀石墨的复合相变材料的热物性（过冷度、相变温度、相变潜热、导热系数、储热时间）的相关数据。结果表明：随着水浴温度的升高，复合相变材料的过冷度有增大的趋势，水浴温度在80℃时的复合相变材料的蓄放热性能比较稳定，且随着温度的升高其蓄热时间明显缩短，导热性能变化不大。关键词：三水醋酸钠；相变储热；填充床蓄热；热性能；膨胀石墨TitleExperimentalstudyonpackedbedheatstoragedeviceofsodiumacetate/expandedgraphitecompositematerial Abstract AbstractDuetotheincreasingenvironmentalproblemssuchasglobalwarming,solarheatinghasattractedmoreandmoreattention.Solarthermalstoragedevicesarefavoredbypeoplefortheircontinuousandstableheating.PhaseChangeMaterial(PCM)hasastablePhaseChangetemperature,andthePhaseChangeheatisalsolarge,soitiswidelyusedinbuildingenergyconservationandindoorheating.InthefieldoflowtemperaturePhaseChange,PCM'sheatstoragecapacityis2-3timesthatofwater.ThemainobjectiveofthisprojectistomeettheheatingneedsofpublicbuildingsinenterpriseparksandtownsorresidentialbuildingsthatcannotbecoveredbythecentralheatingpipenetworkinurbanareasinnorthernChina.Aimingatthelatentheatstoragetechnologyofthepackedbed,thelatentheatstoragedeviceofthepackedbedunderthesolarheatingsystemisstudied.Inthispaper,thethermophysicalpropertiesofcompositephasechangematerialswerestudied.Anewtypeofcompositephasechangematerialswithdifferentmassfractionsofexpandedgraphitewerepreparedbymixingexpandedgraphitecarbonmaterialwithsodiumacetate.Theeffectsofdifferentproportionsofexpandedgraphiteonthethermophysicalpropertiesofcompositephasechangematerialswerestudied.Firstinexpandedgraphitecompositephasechangematerialsofthemassfractionofthesizeoftheinfluenceofphasechangematerialsthermalproperties,thentheparticlesizeofexpandedgraphiteofcompositephasechangematerialsthispaperdiscussestheinfluenceofhotproperty,finallyblendingofdifferentparticlesizeofcompositephasechangematerialsthispaperdiscussestheinfluenceofthermalphysicalproperty,wefinallythroughexperimentsunderdifferentwaterbathtemperaturemeasurementtoexploretheimpactonthecompositephasechangematerialsthermalproperties.Differentialscanningcalorimeter(DSC),thermalconstanttester(HotDisk)andheatstorageandreleasetestwereusedtoobtaintherelevantdataofthermalproperties(subcoolingdegree,phasechangetemperature,phasechangelatentheat,thermalconductivityandheatstoragetime)ofthecompositephasechangematerialscontainingexpandedgraphitewithdifferentmassfractions.Theresultsshowthat:Withtheincreaseofthewaterbathtemperature,thesubcoolingdegreeofthecompositePCMtendstoincrease,andtheheatstorageandreleaseperformanceofthecompositePCMisrelativelystablewhenthewaterbathtemperatureis80℃,andtheheatstoragetimeisobviouslyshortenedwiththeincreaseofthetemperature,andthethermalconductivitychangeslittle.Keywords:Sodiumacetatetrihydrate;Phasechangeheatstorage;Heatstorageinpackedbed;Thermalperformance;Expandedgraphite;主要符号表α不同体系形变常数ρ速度标定因子σ分子动力学中尺度参数ε分子动力学中能量参数ε0真空介电常数εl液滴介电常数θ接触角英文字母希腊字母ms广义质量s广义变量dl电极与液滴之间厚度dJ介电层电容厚度qi粒子i多维坐标zi实际电荷量ρi粒子i位置处电荷量总和vinew粒子i当前速度viold粒子i下一步长速度P0压力期望值T0当前温度kB玻尔兹曼常数Fi粒子i受到的合力Umm阶势能CL纳米薄层电容厚度CJ介电层电容厚度B体积模量S应力V体积 目录 目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 结论以十二水磷酸氢二钠为成核剂，羧甲基纤维素钠为增稠剂的三水醋酸钠/膨胀石墨复合相变材料的过冷度、相分离现象得以减轻，通过添加膨胀石墨使其导热性能得到非常大的改善，并且膨胀石墨也可以起到一定的成核效果。再通过宏观上对相变材料的封装，以其为相变材料制作成填充床形式应用于实际生产生活当中，使此种相变材料的应用变得更加的广泛。通过本文的论述我们得到以下结论：三水醋酸钠具有很好的蓄热能力，而且价格便宜且容易获得，但是其自身存在过冷度较大、循环过程中有相分离的现象。添加十二水磷酸氢二钠为成核剂、羧甲基纤维素钠为增稠剂可以很好的解决这些缺陷。制成三水醋酸钠/膨胀石墨复合相变材料可以很好的提高单一三水醋酸钠相变材料的导热性能不好的缺陷，但是膨胀石墨的添加量不能过多也不能过少。虽然当膨胀石墨含量多时相变材料的导热性能很好，但是蓄热能力却下降；当膨胀石墨含量过少时则对导热效果的增强不明显，一般膨胀石墨的质量分数在10%左右为宜。膨胀石墨的粒径对三水醋酸钠/膨胀石墨复合相变材料的性能也有影响。当膨胀石墨粒径过小时容易在三水醋酸钠基体中发生团聚现象，而大颗粒的膨胀石墨更加容易在复合相变材料内部形成导热链，复合相变材料的导热性能提升的也更多。4、对于相变材料我们可以对其进行微观和宏观的封装。膨胀石墨的空间多孔结构可以很好的吸附三水醋酸钠分子并将其封装在孔隙内，因此在微观上对三水醋酸钠