基于石墨尾矿制备的复合相变储能结构储热性能研究

发布时间：2017-09-18 02:34

  本文关键词：基于石墨尾矿制备的复合相变储能结构储热性能研究

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【摘要】：近年来随着工业生产的快速发展,大量的工业固体废弃物也随之急剧增长,如何使工业固体废弃物得到有效、合理利用一直是世界各国共同关心的问题。此外,面对不可再生能源日益枯竭,提高能源利用率与开发可再生能源成为能源研究领域的主要方向,相变材料具有热能储存和温度调节控制的功能,但单一的相变材料可能存在导热性差等不足,因此,利用相变材料与以工业固体废弃物制备的多孔基体等复合形成相变储能结构等的研究、探索具有重要意义和实用价值。本论文以石墨尾矿制备出多孔陶瓷结构,通过十八烷、月桂酸和纳米铜制备十八烷-月桂酸/纳米铜复合相变材料,采用自发熔融浸渗法将十八烷-月桂酸/纳米铜复合相变材料与石墨尾矿多孔陶瓷结构复合制得复合相变储能结构并对其主要性能进行表征,构建实验测试系统对其储热性能进行了实验测试。主要的研究内容如下:1.利用石墨尾矿制备多孔陶瓷结构 由石墨尾矿通过添加造孔剂法并采用模压成型制备多孔陶瓷结构,并对不同含量的造孔剂、粘结剂对多孔陶瓷结构性能的影响进行了分析:选取膨润土作为粘结剂,不仅增加了石墨尾矿的粘结性,而且降低了烧结温度;选择碳粉作为造孔剂,孔径分布均匀且无残留;结合石墨尾矿多孔陶瓷结构的晶相与微观分析结果得到石墨尾矿多孔陶瓷最终的配方及工艺条件:石墨尾矿用量74%,碳粉用量20%,膨润土含量6%,水份含量13%,骨料粒度为75μm-97μm,保温时间为60min,成型压力9MPa,烧结温度为1125℃。2.十八烷-月桂酸/纳米铜复合相变材料的制备与表征按照摩尔比6:4将十八烷与月桂酸混合并加入纳米铜粉制备出十八烷-月桂酸/纳米铜复合相变材料,通过采用NETZSCH STA449F3同步热分析仪和DRE-2C导热系数测定仪对其主要热物理性能参数(包括相变温度、相变潜热、导热系数和比热)进行了测试,测试得到其主要热物理性能为:相变温度为24.19℃、相变潜热为167.2kJ·kg-1、导热系数为0.341W·m-1·K-1、密度为871kg·m-3、比热为1768J·kg-1·K-1,并通过对其进行多次储、放热循环实验检验其热稳定性。3.复合相变储能结构的制备与表征将制备好的十八烷-月桂酸/纳米铜复合相变材料加热至熔融状态,利用熔融自发浸渗法(浸渗温度为70℃,浸渗时间为60min,压力为常压)与石墨尾矿多孔陶瓷结构复合制得复合相变储能结构,再通过抗弯测试、X射线衍射、SEM、DSC对其主要的力学性能和热物理性能进行了表征。4.复合相变储能结构储热性能的测试与分析为了检验制备的复合相变储能结构究竟具有怎样的储热性能,构建了由相变储能实验测试装置、可调流量风机、可调温度的电加热器、管道及阀门组成的实验测试系统,通过在复合相变储能结构的表面布置多个测温点,将复合相变储能结构置于相变储能实验测试装置内,让温度为50℃的热空气分别以五个不同的流速流过实验测试系统,通过安装在多个测温点的热电偶、采用DH3816温度测试仪和装有相应软件的计算机对其相变过程进行测试,得到了相变储能实验测试装置出口及复合相变储能结构、多孔陶瓷结构各测点温度随时间变化的规律。实验测试结果表明:复合相变储能结构在升温过程的储热过程由显热储热、潜热储能两部分组成,并说明复合相变储能结构的储热性能优良、能够起到控温作用。本论文的研究工作及其所取得的研究成果为石墨尾矿的综合利用提供了新途径,为以石墨尾矿多孔陶瓷为基的复合相变储能结构制备提供较为可靠的实验依据和技术基础。
【关键词】：石墨尾矿 多孔陶瓷结构 复合相变材料 复合相变储能结构 储热性能
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD926.4;TB34
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-32
• 1.1 相变材料概述13-21
• 1.1.1 相变材料的分类13-18
• 1.1.2 相变材料的研究进展18-21
• 1.2 复合相变储能结构概述21-30
• 1.2.1 复合相变储能结构的制备方法21-23
• 1.2.2 常用于与相变材料复合的多孔结构23-28
• 1.2.3 复合相变储能结构的应用28-30
• 1.3 本课题研究的目的意义和研究内容30-32
• 1.3.1 研究的目的意义30-31
• 1.3.2 主要研究内容31-32
• 第二章 研究所用的主要原料和研究方法32-43
• 2.1 主要原料32-34
• 2.1.1 石墨尾矿32
• 2.1.2 造孔剂32-33
• 2.1.3 粘结剂33
• 2.1.4 十八烷33-34
• 2.1.5 月桂酸34
• 2.2 研究所需各种原料和主要仪器设备34-35
• 2.2.1 研究所需的各种原料34
• 2.2.2 研究所需的主要仪器设备34-35
• 2.3 研究方法35-42
• 2.3.1 复合相变储能结构的制备35-39
• 2.3.2 复合相变储能结构的性能测试39-41
• 2.3.3 复合相变储能结构的储热性能研究41-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第三章 石墨尾矿多孔陶瓷结构的制备与性能研究43-59
• 3.1 引言43
• 3.2 实验部分43-49
• 3.2.1 实验原料及仪器43-44
• 3.2.2 石墨尾矿多孔陶瓷结构的制备44-49
• 3.3 石墨尾矿多孔陶瓷结构性能测试与分析49-57
• 3.3.1 显气孔率的测试与分析49-52
• 3.3.2 抗弯强度的测试与分析52-56
• 3.3.3 石墨尾矿多孔陶瓷结构晶相组成的测试与分析56-57
• 3.3.4 石墨尾矿多孔陶瓷结构显微结构的测试与分析57
• 3.4 本章小结57-59
• 第四章 以石墨尾矿多孔陶瓷为基的复合相变储能结构制备59-79
• 4.1 复合相变材料的制备59-62
• 4.1.1 实验原料59
• 4.1.2 实验器材59-60
• 4.1.3 十八烷-月桂酸复合相变材料的制备60-62
• 4.2 复合相变材料的性能测试与分析62-66
• 4.2.1 复合相变材料的DSC测试62-63
• 4.2.2 复合相变材料的导热系数和比热测试63
• 4.2.3 复合相变材料的热稳定性分析63-66
• 4.3 复合相变储能结构的制备66-72
• 4.3.1 复合相变储能结构制备的理论基础66-68
• 4.3.2 制备复合相变储能结构实验条件的确定68-70
• 4.3.3 复合相变储能结构制作程序70-72
• 4.4 复合相变储能结构的表征72-77
• 4.4.1 复合相变储能结构抗弯强度的测试72-73
• 4.4.2 复合相变储能结构X射线衍射的分析73-74
• 4.4.3 复合相变储能结构SEM分析74-75
• 4.4.4 复合相变储能结构相变温度与相变潜热测试75-76
• 4.4.5 复合相变储能结构的导热系数和比热测试76
• 4.4.6 复合相变储能结构热循环稳定性测试76-77
• 4.5 本章小结77-79
• 第五章 复合相变储能结构储热性能的测试与分析79-93
• 5.1 实验装置的设计制作79-81
• 5.2 实验方案的确定81-84
• 5.2.1 实验流体及其温度的选定81
• 5.2.2 气体流量的选择81
• 5.2.3 测温点的布置81-82
• 5.2.4 整个实验测试系统的建立82-83
• 5.2.5 实验测试数据记录系统83-84
• 5.2.6 实验测试流程84
• 5.3 储热实验测试结果84-90
• 5.4 储热实验测试结果分析90-91
• 5.5 本章小结91-93
• 第六章 结论与展望93-96
• 6.1 结论93-94
• 6.2 展望94-96
• 致谢96-97
• 参考文献97-104
• 附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文104

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本文编号：872893