新型介孔硅基定形相变材料的制备及在输油管道保温层中的保温效果研究
发布时间：2021-02-04 10:18
原油具有容易凝固、黏度高等特点,低温时流动性变低,因此原油必须在一定温度下才能沿着管道正常输送。但加热后的原油温度高于管道周围介质温度,原油在输送过程中不断向管外散热,因此通常在输油管道外设计一个保温层。此时保温材料的选择则显得至关重要,优质的保温材料不仅能减少热能损失,更能降低成本,安全且环保。相变材料的相变储热功能意味着其将可能是一种效果非常好的保温材料。相变储能技术已被公认为利用可再生能源和节约能源的重要技术之一。本文以PEG为相变材料、NFMS为支撑材料,采用真空浸渍法制备了形状稳定的新型复合相变材料。通过多种测试方法对PEG/NFMS的结构、形貌和热性能进行表征,测试结果表明,PEG分子已经完全被吸附进入NFMS的孔道中,并且NFMS不影响PEG的晶体结构,PEG/NFMS具有良好的热稳定性。本文所制备的复合相变材料具有良好的相变温度范围和较高的热焓值,在热能储存方面有着广阔的应用前景。为研究复合相变材料PEG/NFMS在输油管道保温中的应用效果,本文基于ANSYS热力学有限元分析,对输油管道建立二维模型并进行仿真模拟,通过建立两个保温层为不同保温材料的模型,根据模拟结果对比...
【文章来源】：浙江海洋大学浙江省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
硅酸乙酯和 0.375 g 1,2-三乙氧基硅基乙烷逐滴加入。接着把混合物在室温下搅拌 0.5 h，之后将上述混合液在 70 ℃下持续搅拌反应 24 h，搅拌结束后离分别用无水乙醇和蒸馏水冲洗多次，得到未去除模板剂的 NFMS。将未去除剂的 NFMS 置于 250 ml 丙酮中，在 80 ℃下加热回流 48 h。最后用无水乙醇清洗并置于室温下干燥 12 h，得到 NFMS。4.5 PEG/NFMS 的制备如图 2-1 所示，本章采用真空浸渍的方法制备 PEG/NFMS 复合相变材料实验室分别制备了质量分数为 60%、70%、80%、85%的 PEG/NFMS，这里%的 PEG/NFMS 为例介绍制备方法。先将 0.05 g 的 NFMS 和转子提前加入烧瓶，然后将 0.075 g 的 PEG 溶解于 15 ml 的无水乙醇中。利用真空泵抽去内的空气使得 PEG 分子能充分进入 NFMS 的孔道中，待抽一定时间后再将烧瓶封口放入水浴锅中加热搅拌 4 h。最后，将混合物放入 65 ℃的烘箱中干 h，充分研磨后得到 PEG/NFMS 实验样品。
18图 3-1 NFMS 的电镜扫描图(a) 和透射扫描图(b)；PEG/NFMS 的电镜扫描图(cFig 3.1 Scanning electron microscopy (SEM) (a) and transmission electron microsco(TEM) (b) images of nanoflower-like wrinkled mesoporous silica (NFMS); SEMimages (c) of Polyethylene glycol immobilized in NFMS (PEG/NFMS).图 3-2 为 NFMS 的氮气吸附/脱附曲线，从图中可以看出在相对压强 P质氮气 N2的压力与吸附质氮气 N2的饱和蒸气压值之比）为 0.9-1.0 明显的吸附滞回线，说明该曲线是 IV 型曲线，这与介孔材料的典型0]。随着相对压强逐渐增加，吸附量也在逐渐增加，体现了 NFMS 吸粒径大小有异。根据 BET 法计算得出 NFMS 比表面积为 296.1 m2/g法计算得出 NFMS 总孔隙体积为 1.99 cm3/g、平均孔隙尺寸为 2.64 n
【参考文献】：
期刊论文
[1]LNG船单液舱预冷传热特性分析与优化[J]. 邓佳佳,许健,卢金树,高军凯,吴文锋. 煤气与热力. 2018(11)
[2]烟气余热驱动空气自然对流换热数值模拟[J]. 任嘉友,王子云,齐润生,敬丽君,韩维,吴玉玲. 煤气与热力. 2018(06)
[3]动力电池热管理用相变材料的研究进展[J]. 马先锋,邹得球,刘小诗,李乐园. 化工新型材料. 2017(09)
[4]高效保温材料SiO2气凝胶在管道保温施工中的应用[J]. 高殿生,温少尉. 石油化工建设. 2017(02)
[5]海上采油平台管道保温节能技术研究[J]. 辛培刚,于嘉骥,徐艳. 石油和化工设备. 2017(04)
[6]Solid-solid phase transition of (1-C14H29NH3)2ZnCl4 in nanopores of silica gel for thermal energy storage[J]. Qi-Feng Li,Chao Wang,Xiao-Zheng Lan. Chinese Chemical Letters. 2017(01)
[7]相变材料应用在日光温室中的效果研究[J]. 张巨松,周琳,邢韵. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2016(06)
[8]某长输管道防腐保温设计方案[J]. 胡志勇,吴明,富鑫,阿斯汗. 当代化工. 2015(03)
[9]海洋输油管道保温技术研究进展[J]. 高志涛,代志双,宋平娜,陈星. 江苏船舶. 2015(01)
[10]多年冻土区埋地管道保温方案的设计与有限元分析[J]. 赵树炳,赵振兴,张志强,崔成山,孙学军. 油气储运. 2015(01)
博士论文
[1]串联式多相变储热实验与数值模拟研究[D]. 王艺斐.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2016
[2]相变蓄冷建筑围护结构性能研究[D]. 孔祥飞.天津大学 2013
硕士论文
[1]日光温室主被动相变蓄热墙体热工特性的数值研究[D]. 刘盼盼.兰州交通大学 2017
[2]相变蓄热器性能与强化传热研究[D]. 刘佳佳.华北电力大学(北京) 2017
[3]定形相变材料制备及蓄热器换热影响因素研究[D]. 仝仓.大连理工大学 2016
[4]基于热成像的薄型材料热扩散率快速无损检测[D]. 厉阳.中国计量学院 2016
[5]定型相变材料回填的U型埋管换热器性能研究[D]. 刘靓侃.大连理工大学 2015
[6]相变墙体的制备技术和经济性研究[D]. 岳立航.北京建筑大学 2014
[7]中温相变材料甘露醇蓄放热特性的实验研究与数值模拟[D]. 秦朋.华南理工大学 2014
[8]高温多孔质相变材料制备与热管式储热器研究[D]. 李双双.上海交通大学 2014
[9]气—液直接接触式冰浆生成器传热特性研究[D]. 江敏.浙江大学 2014
[10]微胶囊相变材料的制备及其应用研究[D]. 李延华.兰州理工大学 2012
本文编号：3018151
【文章来源】：浙江海洋大学浙江省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
硅酸乙酯和 0.375 g 1,2-三乙氧基硅基乙烷逐滴加入。接着把混合物在室温下搅拌 0.5 h，之后将上述混合液在 70 ℃下持续搅拌反应 24 h，搅拌结束后离分别用无水乙醇和蒸馏水冲洗多次，得到未去除模板剂的 NFMS。将未去除剂的 NFMS 置于 250 ml 丙酮中，在 80 ℃下加热回流 48 h。最后用无水乙醇清洗并置于室温下干燥 12 h，得到 NFMS。4.5 PEG/NFMS 的制备如图 2-1 所示，本章采用真空浸渍的方法制备 PEG/NFMS 复合相变材料实验室分别制备了质量分数为 60%、70%、80%、85%的 PEG/NFMS，这里%的 PEG/NFMS 为例介绍制备方法。先将 0.05 g 的 NFMS 和转子提前加入烧瓶，然后将 0.075 g 的 PEG 溶解于 15 ml 的无水乙醇中。利用真空泵抽去内的空气使得 PEG 分子能充分进入 NFMS 的孔道中，待抽一定时间后再将烧瓶封口放入水浴锅中加热搅拌 4 h。最后，将混合物放入 65 ℃的烘箱中干 h，充分研磨后得到 PEG/NFMS 实验样品。
18图 3-1 NFMS 的电镜扫描图(a) 和透射扫描图(b)；PEG/NFMS 的电镜扫描图(cFig 3.1 Scanning electron microscopy (SEM) (a) and transmission electron microsco(TEM) (b) images of nanoflower-like wrinkled mesoporous silica (NFMS); SEMimages (c) of Polyethylene glycol immobilized in NFMS (PEG/NFMS).图 3-2 为 NFMS 的氮气吸附/脱附曲线，从图中可以看出在相对压强 P质氮气 N2的压力与吸附质氮气 N2的饱和蒸气压值之比）为 0.9-1.0 明显的吸附滞回线，说明该曲线是 IV 型曲线，这与介孔材料的典型0]。随着相对压强逐渐增加，吸附量也在逐渐增加，体现了 NFMS 吸粒径大小有异。根据 BET 法计算得出 NFMS 比表面积为 296.1 m2/g法计算得出 NFMS 总孔隙体积为 1.99 cm3/g、平均孔隙尺寸为 2.64 n
【参考文献】：
期刊论文
[1]LNG船单液舱预冷传热特性分析与优化[J]. 邓佳佳,许健,卢金树,高军凯,吴文锋. 煤气与热力. 2018(11)
[2]烟气余热驱动空气自然对流换热数值模拟[J]. 任嘉友,王子云,齐润生,敬丽君,韩维,吴玉玲. 煤气与热力. 2018(06)
[3]动力电池热管理用相变材料的研究进展[J]. 马先锋,邹得球,刘小诗,李乐园. 化工新型材料. 2017(09)
[4]高效保温材料SiO2气凝胶在管道保温施工中的应用[J]. 高殿生,温少尉. 石油化工建设. 2017(02)
[5]海上采油平台管道保温节能技术研究[J]. 辛培刚,于嘉骥,徐艳. 石油和化工设备. 2017(04)
[6]Solid-solid phase transition of (1-C14H29NH3)2ZnCl4 in nanopores of silica gel for thermal energy storage[J]. Qi-Feng Li,Chao Wang,Xiao-Zheng Lan. Chinese Chemical Letters. 2017(01)
[7]相变材料应用在日光温室中的效果研究[J]. 张巨松,周琳,邢韵. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2016(06)
[8]某长输管道防腐保温设计方案[J]. 胡志勇,吴明,富鑫,阿斯汗. 当代化工. 2015(03)
[9]海洋输油管道保温技术研究进展[J]. 高志涛,代志双,宋平娜,陈星. 江苏船舶. 2015(01)
[10]多年冻土区埋地管道保温方案的设计与有限元分析[J]. 赵树炳,赵振兴,张志强,崔成山,孙学军. 油气储运. 2015(01)
博士论文
[1]串联式多相变储热实验与数值模拟研究[D]. 王艺斐.中国科学院研究生院(工程热物理研究所) 2016
[2]相变蓄冷建筑围护结构性能研究[D]. 孔祥飞.天津大学 2013
硕士论文
[1]日光温室主被动相变蓄热墙体热工特性的数值研究[D]. 刘盼盼.兰州交通大学 2017
[2]相变蓄热器性能与强化传热研究[D]. 刘佳佳.华北电力大学(北京) 2017
[3]定形相变材料制备及蓄热器换热影响因素研究[D]. 仝仓.大连理工大学 2016
[4]基于热成像的薄型材料热扩散率快速无损检测[D]. 厉阳.中国计量学院 2016
[5]定型相变材料回填的U型埋管换热器性能研究[D]. 刘靓侃.大连理工大学 2015
[6]相变墙体的制备技术和经济性研究[D]. 岳立航.北京建筑大学 2014
[7]中温相变材料甘露醇蓄放热特性的实验研究与数值模拟[D]. 秦朋.华南理工大学 2014
[8]高温多孔质相变材料制备与热管式储热器研究[D]. 李双双.上海交通大学 2014
[9]气—液直接接触式冰浆生成器传热特性研究[D]. 江敏.浙江大学 2014
[10]微胶囊相变材料的制备及其应用研究[D]. 李延华.兰州理工大学 2012
本文编号：3018151
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