石墨烯改性相变微胶囊的制备、应用及数值模拟

发布时间：2021-05-28 08:21

　　随着大气污染的日益加剧,以石油和煤炭为基础的高污染能源的使用已经受到了限制。在这种背景下,相变储能技术得到了飞速的发展。相变材料（Phase change materials,PCMs）是指当温度变化到一定程度时会发生物相状态的改变并且吸收或释放大量潜热的一类物质。利用相变材料的这种储热特性,可对不连续、不稳定的热量进行充分利用。通过微胶囊技术将相变材料作为芯材制成相变微胶囊,可以克服相变材料在单独使用过程中存在的易泄漏、相容性差和腐蚀性等问题。将相变微胶囊与其他材料进行复合,通过微胶囊芯材的相变行为来调节复合材料周围环境的温度,可以有效提高能源的利用效率。首先,为了克服相变材料在单独使用过程中存在的易泄漏、相容性差和腐蚀性等问题,本课题采用原位聚合法制备了以三聚氰胺-甲醛-尿素树脂为壁材、以正十六烷为芯材的相变微胶囊。通过光学显微镜（OM）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、傅立叶红外光谱仪（FT-IR）、差示扫描量热仪（DSC）、热重分析仪（TG）等分析方法,研究了芯壁比、三聚氰胺质量分数、复合乳化剂配比及用量、乳化速率等因素对于微胶囊形貌、微胶囊热性能以及包覆效率的影响。通过... 

【文章来源】：天津工业大学天津市

【文章页数】：169 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 相变材料
        1.2.1 相变材料的定义
        1.2.2 相变材料的分类
    1.3 相变微胶囊
        1.3.1 微胶囊化技术
        1.3.2 微胶囊化方法
        1.3.3 相变微胶囊的应用
    1.4 课题简介
        1.4.1 研究意义
        1.4.2 主要研究内容
第二章 正十六烷相变微胶囊的制备与表征
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料
        2.2.2 实验仪器
        2.2.3 实验原理
        2.2.4 相变微胶囊的制备
        2.2.5 响应面法优化相变微胶囊的制备工艺
        2.2.6 测试与表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 芯壁比对于微胶囊物性的影响
        2.3.2 三聚氰胺质量分数对于微胶囊物性的影响
        2.3.3 乳化剂的类型对于微胶囊物性的影响
        2.3.4 SMA与OP-10的配比对于微胶囊物性的影响
        2.3.5 复合乳化剂用量对于微胶囊物性的影响
        2.3.6 微胶囊制备工艺对于微胶囊物性的影响
        2.3.7 响应面实验分析
        2.3.8 微胶囊FT-IR分析
        2.3.9 微胶囊外貌形态分析
        2.3.10 微胶囊DSC分析
        2.3.11 微胶囊TG分析
    2.4 本章小结
第三章 正十六烷相变微胶囊的改性研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料
        3.2.2 实验仪器
        3.2.3 改性相变微胶囊的制备工艺
        3.2.4 测试与表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 PVA用量对于微胶囊物性的影响
        3.3.2 石墨烯用量对于微胶囊物性的影响
        3.3.3 微胶囊FT-TR分析
        3.3.4 微胶囊表面形貌分析
        3.3.5 微胶囊拉曼光谱分析
        3.3.6 微胶囊TG分析
    3.4 本章小结
第四章 石墨烯改性相变微胶囊的应用研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料
        4.2.2 实验仪器
        4.2.3 复合织物的制备工艺
        4.2.4 响应面法优化复合织物制备工艺
        4.2.5 测试与表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 微胶囊用量对于复合织物物性的影响
        4.3.2 PAE用量对于复合织物物性的影响
        4.3.3 涂层速率对于复合织物物性的影响
        4.3.4 进气量对于复合织物物性的影响
        4.3.5 烘焙温度与时间对于复合织物物性的影响
        4.3.6 响应面实验分析
        4.3.7 梯级相变对于复合织物调温性能的影响
    4.5 本章小结
第五章 石墨烯改性相变微胶囊的数值模拟及分析
    5.1 引言
    5.2 相变传热模型
        5.2.1 温度法模型
        5.2.2 焓法模型
        5.2.3 无量纲变量
    5.3 Fluent简介
    5.4 求解模型设置
        5.4.1 物理模型
        5.4.2 数学模型
    5.5 网格生成
        5.5.1 网格划分
        5.5.2 网格质量评估
    5.6 Fluent求解设置
    5.7 数值模拟结果分析
        5.7.1 残差分析
        5.7.2 相变微胶囊的传热特性分析
        5.7.3 改性剂导热系数对传热过程的影响
        5.7.4 石墨烯体积分数对传热过程的影响
    5.8 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[2]基于石墨烯/聚丙烯酸三维多孔材料的高灵敏高稳定性柔性压阻材料的制备及其应用[J]. 王萍萍,袁雪,陈松,刘书奇,刘海州,刘岚.  功能材料. 2018(02)
[3]界面聚合法制备异氰酸酯型微胶囊及其性能[J]. 梁丰收,陈卫星,马爱洁,周宏伟,金洗郎.  高分子材料科学与工程. 2018(02)
[4]脂肪酸多元低共熔物的共晶质量比例、储热性能及其应用[J]. 柯惠珍,李永贵.  材料科学与工程学报. 2018(01)
[5]基于Fluent的涡流管数值模拟与结构优化研究[J]. 何丽娟,潘鹏,黄艳伟,孙尚志.  真空科学与技术学报. 2018(01)
[6]基于Fluent的多种生物质颗粒燃烧数值模拟[J]. 毛娅,江智,陈作炳,邹远志.  热能动力工程. 2017(12)
[7]Preparation of Palygorskite-based Phase Change Composites for Thermal Energy Storage and Their Applications in Trombe Walls[J]. 施韬,LI Shanshan,张豪,LI Zexin,ZHU Min.  Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2017(06)
[8]预聚合条件对密胺树脂相变微胶囊包覆效率的影响[J]. 王先锋,赵涛.  高分子材料科学与工程. 2017(10)
[9]石墨烯制备与功能化应用的研究进展[J]. 于琦,梁锦霞.  中国科学:化学. 2017(10)
[10]无机相变材料CaCl2·6H2O的过冷特性[J]. 何媚质,杨鲁伟,张振涛.  化工学报. 2017(11)



本文编号：3207910