膨胀石墨/水合盐复合定型相变材料制备与性能分析
发布时间：2021-05-07 14:20
无机水合盐类相变储能材料在太阳能中、低温相变储能材料中占有重要的位置。其具有潜热值高,储能密度大,热导率较有机类高,价格低廉易得等优点。但也存在两个致命缺点:过冷和相分离,因此这两个问题成为了无机水合盐类相变储能材料需要迫切解决的难题。本文选取了相变潜热较大,适合于太阳能采暖和热利用的三种无机水合盐相变储能材料进行了改性:添加成核剂后与膨胀石墨进行真空吸附制备复合定型“固-固”相变储能材料。并对其过冷度度和相分离作了分析和试验测试,结果表明采用本文制备方法制成的复合相变材料具有过冷度小,无相分离、无泄漏、导热率高,性能稳定等特点。膨胀石墨对无机水合盐具有较好的成核性能,未添加成核剂时,5%的膨胀石墨可使十水硫酸钠的过冷度从13.6℃降低到2.5℃;10%的膨胀石墨能将三水乙酸钠的过冷度由38℃以上降低到14℃左右;1%3%的膨胀石墨使八水氢氧化钡的过冷度由11.4℃降低到4℃左右。其作用机理是固态的膨胀石墨为晶体提供了结合位点,降低了结晶所需的驱动力,从而使过冷度降低。十水硫酸钠/膨胀石墨复合定型相变储能材料的较优组成为2%硼砂+8%EG+90%Na2SO4·10...
【文章来源】：云南师范大学云南省
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
第1章 绪论
1.1 背景及意义
1.2 太阳能储能方式的选择与对比
1.2.1 太阳能显热储能及储能材料
1.2.2 太阳能相变储能及其材料
1.2.3 太阳能化学储能及储能材
1.3 相变储能原理及应用
1.3.1 相变储能原理
1.3.2 工程实际应用中的相变潜热
1.3.3 相变储能的应用
1.4 相变储能材料的分类
1.4.1 有机类相变储能材料
1.4.2 无机类相变储能材料
1.4.3 复合相变储能材料
1.5 相变储能的强化换热
1.5.1 增加换热面积——采用翅片等扩展换热表面
1.5.2 热导率的强化——添加高导热率介质
1.5.3 实现均匀相变传热——采用组合相变材料
1.5.4 利用定形相变材料——相变储能材料微胶囊
1.6 膨胀石墨基复合相变储能材料
1.6.1 膨胀石墨的性质
1.6.2 膨胀石墨的结构特点及形成机理
1.6.3 膨胀石墨基复合相变储能材料研究现状
1.7 水合盐相变储能材料
1.7.1 无机水合盐相变储能材料的研究进展
1.7.2 目前水合盐相变储能材料研究中存在的问题
1.8 本文主要研究内容
第2章 相变储能基本理论
2.1 相变储能的基本理论
2.1.1 相和相变
2.1.2 相平衡和相率
2.1.4 溶解度
2.1.5 相图
2.2 结晶水和水合晶体
2.2.1 结晶水合盐的相变机理
2.2.2 结晶水合盐的相分离机理
2.2.3 结晶水合盐的过冷机理
2.2.4 减小过冷度的措施
2.3 结晶理论依据
2.3.1 成核过程
2.3.2 晶体生长
2.3.3 热量输运
2.4 本章总结
第3章 实验设计
3.1 实验概述
3.2 实验材料及仪器
3.2.1 相变储能材料的筛选
3.2.2 主要实验材料
3.2.3 主要实验仪器
3.3 膨胀石墨基水合盐复合定型相变储能材料的制备
3.3.1 膨胀石墨的制备
3.3.2 不含成核剂水合盐/膨胀石墨复合相变储能材料的制备：
3.3.3 含成核剂的水合盐/膨胀石墨复合定型相变储能材料的制备：
3.3.4 无机水合盐/膨胀石墨复合相变储能材料的实验流程
3.4 复合相变储能材料的性能测试及表征
3.4.1 复合定型相变储能材料的表征
3.4.2 成核剂对无机水合盐过冷度的改善作用
3.4.3 复合相变储能材料比热容及相变潜热的测定
3.5 复合相变储能材料的储/放热特性
3.6 本章小结
第4章 膨胀石墨/十水硫酸钠复合定型相变材料
4.1 实验材料
4.2 膨胀石墨/十水硫酸钠水合盐复合定型相变材料的制备
4.2.1 十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料的制备：
4.2.2 硼砂/十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料的制备：
4.3 膨胀石墨/十水硫酸钠水合盐复合定型相变材料的测试与表征
4.3.1 膨胀石墨/十水硫酸钠水合盐复合定型相变储能材料的表征
4.3.2 成核剂硼砂对十水硫酸钠无机水合盐过冷度的改善作用
4.3.3 膨胀石墨/十水硫酸钠复合相变储能材料比热容及相变潜热的测定
4.4 膨胀石墨/十水硫酸钠水合盐复合定型相变材料的结果与分析
4.4.1 十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料表观形貌分析
4.4.2 十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料融化凝固特性
4.4.3 十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料的相分离和过冷
4.4.4 十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料中EG的最佳添加量
4.4.5 十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料比热容及相变潜热
4.4.6 十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料的密度
4.4.7 十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料的热稳定性
4.5 本章小结
第5章 膨胀石墨/三水乙酸钠复合定型相变材料
5.1 实验材料
5.1.1 相变储能材料三水乙酸钠简介
5.2 三水乙酸钠/EG复合相变储能材料的制备
5.2.1 膨胀石墨/三水乙酸钠复合相变储能材料的制备
5.2.2 膨胀石墨/磷酸氢二钠/三水乙酸钠复合定型相变材料的制备
5.3 膨胀石墨/三水乙酸钠水合盐复合定型相变材料的测试与表征
5.3.1 膨胀石墨/三水乙酸钠水合盐复合定型相变储能材料的表征
5.3.2 成核剂对三水乙酸钠无机水合盐过冷度的改善作用
5.3.3 膨胀石墨/三水乙酸钠复合相变储能材料比热容及相变潜热的测定
5.4 膨胀石墨/三水乙酸钠水合盐复合定型相变材料的结果与分析
5.4.1 三水乙酸钠相变材料的过冷
5.4.2 三水乙酸钠/膨胀石墨复合相变材料的微观结构分析
5.4.3 三水乙酸钠相变材料的相分离度
5.4.4 膨胀石墨/磷酸二氢钾/三水乙酸钠复合定型相变材料相变潜热及比热容
5.5 小结
第6章 膨胀石墨/八水氢氧化钡复合定型相变材料
6.1 实验材料
6.1.1 八水氢氧化钡概述
6.2 膨胀石墨/八水氢氧化钡复合定型相变材料的制备
6.2.1 膨胀石墨/八水氢氧化钡复合相变储能材料的制备
6.2.2 膨胀石墨/磷酸二氢钾/八水氢氧化钡复合定型相变材料的制备
6.3 膨胀石墨/八水氢氧化钡水合盐复合定型相变材料的测试与表征
6.3.1 膨胀石墨/八水氢氧化钡水合盐复合定型相变储能材料的表征
6.3.2 成核剂对八水氢氧化钡无机水合盐过冷度的改善作用
6.3.3 膨胀石墨/八水氢氧化钡复合相变储能材料比热容及相变潜热的测定
6.4 膨胀石墨/八水氢氧化钡复合相变材料热性能结果与分析
6.4.1 八水氢氧化钡相变材料的过冷
6.4.2 膨胀石墨/磷酸二氢钾/八水氢氧化钡复合定型相变材料的储/放热性能
6.4.3 八水氢氧化钡/膨胀石墨复合相变材料的微观结构分析
6.4.4 八水氢氧化钡相变材料的相分离度
6.4.5 膨胀石墨/磷酸二氢钾/八水氢氧化钡复合定型相变材料相变潜热及比热容
6.5 本章小结
第7章 结论和展望
7.1 结论
7.2 展望
论文创新点
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间主要的研究成果
参与课题
【参考文献】：
期刊论文
[1]对太阳能的探索和思考[J]. 唐成鹏. 科技创新与应用. 2014(12)
[2]熔融盐显热蓄热技术的研究与应用进展[J]. 吴玉庭,任楠,马重芳. 储能科学与技术. 2013(06)
[3]新型Na2SO4·10H2O相变储能体系的制备[J]. 李慧星,赫娜,陈其针,李国柱,郭慧宇. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2013(03)
[4]使用太阳能的低温地板辐射供暖研究[J]. 张自国. 长春工程学院学报(自然科学版). 2013(01)
[5]三水合醋酸钠纳米成核剂的性能研究[J]. 卢大杰,胡芃,赵斌斌,刘阳,陈则韶. 工程热物理学报. 2012(08)
[6]储热材料在太阳能热发电领域中的应用与展望[J]. 常春,肖澜,王红梅,蔡永香. 新材料产业. 2012(07)
[7]膨胀石墨相变储热复合材料的制备及性能研究[J]. 张步宁,崔艳琦,尹国强,孙凯,邵国艳. 广州化工. 2011(15)
[8]聚乙二醇/膨胀石墨相变储能复合材料的研究[J]. 康丁,西鹏,段玉情,顾晓华,程博闻. 化工新型材料. 2011(03)
[9]膨胀石墨/石蜡复合相变材料相变过程的热分析[J]. 吕学文,考宏涛,李敏. 材料导报. 2011(04)
[10]相变储能技术的研究进展与应用[J]. 王元,刘晓光,杨俊杰,廖雄,安晓科,王海芳. 煤气与热力. 2010(09)
博士论文
[1]相变蓄冷建筑围护结构性能研究[D]. 孔祥飞.天津大学 2013
[2]复合相变储能材料的研制与潜热储能中热物理现象的研究[D]. 夏莉.上海交通大学 2011
[3]区域能源发展战略及其评价模型研究[D]. 杨立宏.天津大学 2009
[4]热能贮存和应用中若干热物理问题研究[D]. 张海峰.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]水合盐微胶囊相变储能材料的制备及其热物性研究[D]. 王婷玉.广东工业大学 2013
[2]十水硫酸钠相变蓄热材料的改性及其在模拟机房中的应用[D]. 刘欣.华南理工大学 2013
[3]冰箱冷藏工况下新型复合相变蓄冷材料的制备及热性能研究[D]. 张伟.重庆大学 2013
[4]水合盐低共熔相变储热材料的制备与研究[D]. 田禾青.兰州理工大学 2013
[5]河北省人口数量对能源需求的影响和预测[D]. 贾晓燕.河北经贸大学 2013
[6]低品位余热利用过程控制[D]. 李钰.华北电力大学 2013
[7]基于热力学模型熔盐水化物相变储能材料的开发与研究[D]. 汪琼.湖南大学 2012
[8]太阳能跨季节储热单元及相变材料KAl（SO4）2·12H2O的研究[D]. 令闰强.兰州理工大学 2012
[9]纤维素固—固相变材料的制备及性能研究[D]. 乔文静.北京服装学院 2012
[10]石蜡与赤藻糖醇填充石墨化泡沫炭复合储能材料的研究[D]. 骆峰生.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3173544
【文章来源】：云南师范大学云南省
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
第1章 绪论
1.1 背景及意义
1.2 太阳能储能方式的选择与对比
1.2.1 太阳能显热储能及储能材料
1.2.2 太阳能相变储能及其材料
1.2.3 太阳能化学储能及储能材
1.3 相变储能原理及应用
1.3.1 相变储能原理
1.3.2 工程实际应用中的相变潜热
1.3.3 相变储能的应用
1.4 相变储能材料的分类
1.4.1 有机类相变储能材料
1.4.2 无机类相变储能材料
1.4.3 复合相变储能材料
1.5 相变储能的强化换热
1.5.1 增加换热面积——采用翅片等扩展换热表面
1.5.2 热导率的强化——添加高导热率介质
1.5.3 实现均匀相变传热——采用组合相变材料
1.5.4 利用定形相变材料——相变储能材料微胶囊
1.6 膨胀石墨基复合相变储能材料
1.6.1 膨胀石墨的性质
1.6.2 膨胀石墨的结构特点及形成机理
1.6.3 膨胀石墨基复合相变储能材料研究现状
1.7 水合盐相变储能材料
1.7.1 无机水合盐相变储能材料的研究进展
1.7.2 目前水合盐相变储能材料研究中存在的问题
1.8 本文主要研究内容
第2章 相变储能基本理论
2.1 相变储能的基本理论
2.1.1 相和相变
2.1.2 相平衡和相率
2.1.4 溶解度
2.1.5 相图
2.2 结晶水和水合晶体
2.2.1 结晶水合盐的相变机理
2.2.2 结晶水合盐的相分离机理
2.2.3 结晶水合盐的过冷机理
2.2.4 减小过冷度的措施
2.3 结晶理论依据
2.3.1 成核过程
2.3.2 晶体生长
2.3.3 热量输运
2.4 本章总结
第3章 实验设计
3.1 实验概述
3.2 实验材料及仪器
3.2.1 相变储能材料的筛选
3.2.2 主要实验材料
3.2.3 主要实验仪器
3.3 膨胀石墨基水合盐复合定型相变储能材料的制备
3.3.1 膨胀石墨的制备
3.3.2 不含成核剂水合盐/膨胀石墨复合相变储能材料的制备：
3.3.3 含成核剂的水合盐/膨胀石墨复合定型相变储能材料的制备：
3.3.4 无机水合盐/膨胀石墨复合相变储能材料的实验流程
3.4 复合相变储能材料的性能测试及表征
3.4.1 复合定型相变储能材料的表征
3.4.2 成核剂对无机水合盐过冷度的改善作用
3.4.3 复合相变储能材料比热容及相变潜热的测定
3.5 复合相变储能材料的储/放热特性
3.6 本章小结
第4章 膨胀石墨/十水硫酸钠复合定型相变材料
4.1 实验材料
4.2 膨胀石墨/十水硫酸钠水合盐复合定型相变材料的制备
4.2.1 十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料的制备：
4.2.2 硼砂/十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料的制备：
4.3 膨胀石墨/十水硫酸钠水合盐复合定型相变材料的测试与表征
4.3.1 膨胀石墨/十水硫酸钠水合盐复合定型相变储能材料的表征
4.3.2 成核剂硼砂对十水硫酸钠无机水合盐过冷度的改善作用
4.3.3 膨胀石墨/十水硫酸钠复合相变储能材料比热容及相变潜热的测定
4.4 膨胀石墨/十水硫酸钠水合盐复合定型相变材料的结果与分析
4.4.1 十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料表观形貌分析
4.4.2 十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料融化凝固特性
4.4.3 十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料的相分离和过冷
4.4.4 十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料中EG的最佳添加量
4.4.5 十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料比热容及相变潜热
4.4.6 十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料的密度
4.4.7 十水硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料的热稳定性
4.5 本章小结
第5章 膨胀石墨/三水乙酸钠复合定型相变材料
5.1 实验材料
5.1.1 相变储能材料三水乙酸钠简介
5.2 三水乙酸钠/EG复合相变储能材料的制备
5.2.1 膨胀石墨/三水乙酸钠复合相变储能材料的制备
5.2.2 膨胀石墨/磷酸氢二钠/三水乙酸钠复合定型相变材料的制备
5.3 膨胀石墨/三水乙酸钠水合盐复合定型相变材料的测试与表征
5.3.1 膨胀石墨/三水乙酸钠水合盐复合定型相变储能材料的表征
5.3.2 成核剂对三水乙酸钠无机水合盐过冷度的改善作用
5.3.3 膨胀石墨/三水乙酸钠复合相变储能材料比热容及相变潜热的测定
5.4 膨胀石墨/三水乙酸钠水合盐复合定型相变材料的结果与分析
5.4.1 三水乙酸钠相变材料的过冷
5.4.2 三水乙酸钠/膨胀石墨复合相变材料的微观结构分析
5.4.3 三水乙酸钠相变材料的相分离度
5.4.4 膨胀石墨/磷酸二氢钾/三水乙酸钠复合定型相变材料相变潜热及比热容
5.5 小结
第6章 膨胀石墨/八水氢氧化钡复合定型相变材料
6.1 实验材料
6.1.1 八水氢氧化钡概述
6.2 膨胀石墨/八水氢氧化钡复合定型相变材料的制备
6.2.1 膨胀石墨/八水氢氧化钡复合相变储能材料的制备
6.2.2 膨胀石墨/磷酸二氢钾/八水氢氧化钡复合定型相变材料的制备
6.3 膨胀石墨/八水氢氧化钡水合盐复合定型相变材料的测试与表征
6.3.1 膨胀石墨/八水氢氧化钡水合盐复合定型相变储能材料的表征
6.3.2 成核剂对八水氢氧化钡无机水合盐过冷度的改善作用
6.3.3 膨胀石墨/八水氢氧化钡复合相变储能材料比热容及相变潜热的测定
6.4 膨胀石墨/八水氢氧化钡复合相变材料热性能结果与分析
6.4.1 八水氢氧化钡相变材料的过冷
6.4.2 膨胀石墨/磷酸二氢钾/八水氢氧化钡复合定型相变材料的储/放热性能
6.4.3 八水氢氧化钡/膨胀石墨复合相变材料的微观结构分析
6.4.4 八水氢氧化钡相变材料的相分离度
6.4.5 膨胀石墨/磷酸二氢钾/八水氢氧化钡复合定型相变材料相变潜热及比热容
6.5 本章小结
第7章 结论和展望
7.1 结论
7.2 展望
论文创新点
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间主要的研究成果
参与课题
【参考文献】：
期刊论文
[1]对太阳能的探索和思考[J]. 唐成鹏. 科技创新与应用. 2014(12)
[2]熔融盐显热蓄热技术的研究与应用进展[J]. 吴玉庭,任楠,马重芳. 储能科学与技术. 2013(06)
[3]新型Na2SO4·10H2O相变储能体系的制备[J]. 李慧星,赫娜,陈其针,李国柱,郭慧宇. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2013(03)
[4]使用太阳能的低温地板辐射供暖研究[J]. 张自国. 长春工程学院学报(自然科学版). 2013(01)
[5]三水合醋酸钠纳米成核剂的性能研究[J]. 卢大杰,胡芃,赵斌斌,刘阳,陈则韶. 工程热物理学报. 2012(08)
[6]储热材料在太阳能热发电领域中的应用与展望[J]. 常春,肖澜,王红梅,蔡永香. 新材料产业. 2012(07)
[7]膨胀石墨相变储热复合材料的制备及性能研究[J]. 张步宁,崔艳琦,尹国强,孙凯,邵国艳. 广州化工. 2011(15)
[8]聚乙二醇/膨胀石墨相变储能复合材料的研究[J]. 康丁,西鹏,段玉情,顾晓华,程博闻. 化工新型材料. 2011(03)
[9]膨胀石墨/石蜡复合相变材料相变过程的热分析[J]. 吕学文,考宏涛,李敏. 材料导报. 2011(04)
[10]相变储能技术的研究进展与应用[J]. 王元,刘晓光,杨俊杰,廖雄,安晓科,王海芳. 煤气与热力. 2010(09)
博士论文
[1]相变蓄冷建筑围护结构性能研究[D]. 孔祥飞.天津大学 2013
[2]复合相变储能材料的研制与潜热储能中热物理现象的研究[D]. 夏莉.上海交通大学 2011
[3]区域能源发展战略及其评价模型研究[D]. 杨立宏.天津大学 2009
[4]热能贮存和应用中若干热物理问题研究[D]. 张海峰.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]水合盐微胶囊相变储能材料的制备及其热物性研究[D]. 王婷玉.广东工业大学 2013
[2]十水硫酸钠相变蓄热材料的改性及其在模拟机房中的应用[D]. 刘欣.华南理工大学 2013
[3]冰箱冷藏工况下新型复合相变蓄冷材料的制备及热性能研究[D]. 张伟.重庆大学 2013
[4]水合盐低共熔相变储热材料的制备与研究[D]. 田禾青.兰州理工大学 2013
[5]河北省人口数量对能源需求的影响和预测[D]. 贾晓燕.河北经贸大学 2013
[6]低品位余热利用过程控制[D]. 李钰.华北电力大学 2013
[7]基于热力学模型熔盐水化物相变储能材料的开发与研究[D]. 汪琼.湖南大学 2012
[8]太阳能跨季节储热单元及相变材料KAl（SO4）2·12H2O的研究[D]. 令闰强.兰州理工大学 2012
[9]纤维素固—固相变材料的制备及性能研究[D]. 乔文静.北京服装学院 2012
[10]石蜡与赤藻糖醇填充石墨化泡沫炭复合储能材料的研究[D]. 骆峰生.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3173544
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