基于太阳能通风装置固—固相变蓄热材料的性能研究

发布时间：2017-10-22 12:08

  本文关键词：基于太阳能通风装置固—固相变蓄热材料的性能研究

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【摘要】：随着社会经济的不断发展,对能源的需求日益增加,能源已成为人类生存和发展的基础。蓄能技术是20世纪末发展起来的一项高新技术,是提高能源利用率的有效手段,而蓄能材料是蓄能技术的基础,其蓄能密度约比显热高出一个数量级,且放热阶段温度恒定。近年来,相变蓄能材料(PCM)一直是蓄能领域的研究热点,尤其是固-固相变蓄热材料,由于其具有固-液相变材料所不具备的独特优点,已经成为最具发展潜力的蓄热材料。针对太阳能烟囱蓄热单元的应用需求,本文选用具有优异的相变特性和良好储能效果的聚乙二醇作为相变单元,结合二异氰酸酯制备固-固相变蓄热材料并向其中添加碳纳米管,通过两步法制备出碳纳米管质量分数分别为0.5%、1%、2%、3%、5%的复合固-固相变材料,并对其热物性和循环稳定性进行了实验研究。结果显示,碳纳米管的添加可以有效的提高复合相变材料的热导率和相变过程的传热速率,当碳纳米管质量分数为5%时,样品的热导率为0.65W/m?K,比纯PUPCM提高了103%,蓄/放热速率分别提高了42.8%和44.2%;碳纳米管的添加降低了相变材料的相变潜热,当碳纳米管质量分数为5%时,其相变潜热为107J/g,为纯PUPCM的71.8%;通过TG和FT-IR分析,制备的复合相变材料热稳定好且没有新的物质生成,碳纳米管与PUPCM发生的只是简单的物理复合,且升温过程中相变材料没有失重现象,热稳定性较好;多次循环测试后,复合相变材料的热导率和蓄热能力没有发生显著衰减,复合相变材料具有很好的热循环稳定性。本文构建了复合相变材料结合太阳能通风构件,研究构件中的温度场、速度场和自然通风量。在太阳能通风系统中复合相变材料最高温度57.1℃,达到了复合材料的峰值温度;在10:00~21:00通道内平均温度与室外温度差在5~13.7℃之间,出风口处风速为0.4~0.74m/s,通风量为55.0~103.9m3/h,完全达到了新风的要求。
【关键词】：固-固相变 热导率 稳定性 复合材料 太阳能通
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34;TU83
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题研究的背景12-13
• 1.2 太阳能通风系统的特点13
• 1.3 相变蓄热材料的概述13-16
• 1.3.1 相变材料的分类14-15
• 1.3.2 相变材料的选择15-16
• 1.3.3 相变蓄热材料的强化传热16
• 1.4 国内外研究现状16-19
• 1.4.1 相变蓄热材料研究现状16-18
• 1.4.2 太阳能烟囱通风结合相变蓄热的研究现状18-19
• 1.5 本课题研究内容19-20
• 第二章 固-固相变蓄热材料的制备及表征20-27
• 2.1 实验部分20-21
• 2.1.1 实验试剂及原料20
• 2.1.2 实验仪器20
• 2.1.3 实验方法20-21
• 2.1.4 样品表征21
• 2.2 结果与分析21-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 复合固-固相变材料制备及表征27-39
• 3.1 实验部分27-28
• 3.1.1 实验试剂及原料27
• 3.1.2 实验仪器27
• 3.1.3 实验方法27-28
• 3.2 样品测试方法28-32
• 3.2.1 差示扫描量热仪（DSC）28-29
• 3.2.2 热导率（Hot-Disk）29-30
• 3.2.3 热重（TG）30-31
• 3.2.4 傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）31-32
• 3.3 结果与分析32-38
• 3.3.1 差示扫描量热分析32-34
• 3.3.2 热导率分析34-35
• 3.3.3 TG分析35-37
• 3.3.4 FT-IR结构分析37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 复合相变材料的蓄/放热特性和循环稳定性39-47
• 4.1 复合相变材料的蓄/放热性能研究39-42
• 4.1.1 实验装置39-40
• 4.1.2 实验步骤40
• 4.1.3 结果与分析40-42
• 4.2 复合相变材料的循环稳定性研究42-46
• 4.2.1 热循环稳定性测试42-43
• 4.2.2 热循环稳定性分析43-46
• 4.3 本章小结46-47
• 第五章 复合相变材料在太阳能通风系统中应用分析47-58
• 5.1 实验内容47-50
• 5.1.1 实验装置47-48
• 5.1.2 实验原理48
• 5.1.3 实验时间48-49
• 5.1.4 实验器材49-50
• 5.2 实验结果处理与分析50-55
• 5.2.1 太阳辐射能分析50-51
• 5.2.2 壁面温度分析51-52
• 5.2.3 通道中不同竖向高度温度分析52-54
• 5.2.4 太阳能自然通风量54-55
• 5.3 太阳能烟囱通风系统结合相变蓄热材料运行方案55-57
• 5.4 本章小结57-58
• 第六章 结论与展望58-60
• 6.1 结论58-59
• 6.2 展望59-60
• 参考文献60-64
• 附录A 攻读硕士学位期间发表论文64-65
• 致谢65

【参考文献】

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本文编号：1078277