纳米复合相变蓄热材料的制备与特性

发布时间：2019-11-21 23:13

【摘要】：相变蓄热材料(phase change materials,PCMs)是相变蓄热技术研究的基础。针对普通相变蓄热材料热导率低的缺点,采用纳米技术改善石蜡的相变传热性能,从而提高其热导率及热扩散系数。通过纳米颗粒-石蜡复合材料熔化过程测试和纳米颗粒沉降过程观察,确定铜纳米颗粒和Hitenol BC-10分别作为实验用纳米颗粒和分散剂,在制备稳定的纳米铜颗粒-石蜡复合相变材料的基础上,对其热物性进行了实验研究。结果表明纳米铜颗粒的添加使得石蜡热导率增幅最大,实验测得固态纳米铜-石蜡热导率提高7.9%,液态提高3.8%,而固、液态热扩散系数则分别提高了20.6%和16%。
【图文】：

流程图,蓄热材料,复合相,石蜡

艺的关键所在。目前，制备纳米流体的方法主要分为两种：单步法和两步法。单步法是指在纳米颗粒制备的同时直接将颗粒分散到基液中，纳米颗粒和纳米流体的制备同时完成。两步法是指先制备纳米粉体，再将纳米颗粒通过适当的方式分散于基液中制备纳米流体，纳米颗粒和纳米流体的制备是分步完成的。本文采用物理分散（超声波）和化学分散（添加分散剂）相结合的纳米颗粒分散技术，通过两步法将纳米颗粒直接添加到熔化的液态石蜡工质中，形成纳米粒子－石蜡悬浮液，然后再添加分散剂并配以超声波振动（图１）。图１制备纳米石蜡复合相变蓄热材料流程Ｆｉｇ．１Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｎａｎｏｍｅｔｅｒｐａｒａｆｆｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｆｌｏｗｃｈａｒｔ图２实验系统Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｙｓｔｅｍ２实验系统及步骤实验系统如图２所示，主要由计算机、Ａｇｉｌｅｎｔ数据采集仪和恒温水浴组成。实验主要目的是测量复合相变材料的温度变化曲线，，将纳米复合材料装进烧瓶中，烧瓶置入７０℃的恒温水浴中加热，用热电阻（热电阻使用前经二等标准水银温度计和恒温水浴实验标定，精度均为±０．１℃）测量复合材料的温度变化情况，最终得出复合相变材料的温度变化曲线。本文初步选取了纳米铜粉、纳米碳粉、纳米氧化铜和纳米银这４种纳米颗粒作为分散物质。在同等条件下直接将纳米颗粒添加到石蜡基液中配置相变复合材料，将不同种类的纳米石蜡悬浮液通过图２所示实验装置进行测定。３实验分析３．１纳米颗粒的选择采用上述的纳米颗粒，本研究配制了质量分数为０．１％的

熔化曲线,实验系统,石蜡,纳米颗粒

将纳米颗粒通过适当的方式分散于基液中制备纳米流体，纳米颗粒和纳米流体的制备是分步完成的。本文采用物理分散（超声波）和化学分散（添加分散剂）相结合的纳米颗粒分散技术，通过两步法将纳米颗粒直接添加到熔化的液态石蜡工质中，形成纳米粒子－石蜡悬浮液，然后再添加分散剂并配以超声波振动（图１）。图１制备纳米石蜡复合相变蓄热材料流程Ｆｉｇ．１Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｎａｎｏｍｅｔｅｒｐａｒａｆｆｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｆｌｏｗｃｈａｒｔ图２实验系统Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｙｓｔｅｍ２实验系统及步骤实验系统如图２所示，主要由计算机、Ａｇｉｌｅｎｔ数据采集仪和恒温水浴组成。实验主要目的是测量复合相变材料的温度变化曲线，将纳米复合材料装进烧瓶中，烧瓶置入７０℃的恒温水浴中加热，用热电阻（热电阻使用前经二等标准水银温度计和恒温水浴实验标定，精度均为±０．１℃）测量复合材料的温度变化情况，最终得出复合相变材料的温度变化曲线。本文初步选取了纳米铜粉、纳米碳粉、纳米氧化铜和纳米银这４种纳米颗粒作为分散物质。在同等条件下直接将纳米颗粒添加到石蜡基液中配置相变复合材料，将不同种类的纳米石蜡悬浮液通过图２所示实验装置进行测定。３实验分析３．１纳米颗粒的选择采用上述的纳米颗粒，本研究配制了质量分数为０．１％的４种纳米石蜡复合相变蓄热材料：铜－石蜡、银－石蜡、氧化铜－石蜡、碳－石蜡，将其装入烧瓶中并与纯石蜡进行传热性能比较，其熔化曲线如图３所示。从图中可看出，铜－石蜡复

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