石蜡/月桂酸—膨胀石墨复合相变材料的制备及性能研究
发布时间：2021-08-31 05:25
相变储能技术是利用材料在环境温度变化时,通过吸收或释放能量导致物质状态发生改变从而存储热量的技术,它可以提供较高的单位质量存储容量,具有在恒定温度下将热量存储为熔融潜热的特点,在日常的生活及企业生产、科技、军事等领域均大范围应用。对于冬季室外较为严寒、室内需热量较大的严寒方地区,建筑供暖常与太阳能等清洁热源连接,而当能源需求与供应不相匹配时,将相变蓄热技术应用到低温建筑供暖领域可以有效节省燃料避免浪费资源,提升能源利用效率并可减少建筑物供暖系统整体在运行过程中的成本。基于此,本课题旨在通过分析相变储能传热机理,结合当地气候条件,选择适合与当地太阳能-建筑供热系统耦合的储能材料。本文首先通过相变材料的遴选原则,选择出相变温度在43±0.5℃的石蜡、月桂酸作为相变材料,支撑材料则选取高导热性、含有蜂窝状疏松多孔的膨胀石墨,通过熔融混合法对复合相变材料石蜡-膨胀石墨及月桂酸-膨胀石墨进行制备,利用FT-IR、SEM对复合相变材料的物相和表观形貌进行表征,利用激光导热仪及DSC对材料的热性能进行了检测,并通过调整膨胀石墨在材料样品中的质量比例来研究其含量与材料样品性能间的规律,结合材料的经济性...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
相变蓄、
内蒙古科技大学硕士学位论文--12-石蜡复合相变材料，并加入碳纳米管（CNTs）掺杂，从而有效提高了材料的导热系数。当CNTs掺杂量高于质量分数的0.8%时，复合材料的熔化潜热保持不变，而导热系数从2.141W·(m·K)-1提升至4.106W·(m·K)-1，具有良好的热循环稳定性。Xiao等[64]用泡沫金属作为支撑骨架来提高石蜡的传热能力，所得结果显示材料的传热系数在泡沫镍的加入后上升了一倍，而传热系数在泡沫铜的加入后大幅度上升，上升幅度达十四倍。肋片与封装的加入主要是通过增加石蜡的传热面积来强化导热过程，肋片与封装层作为石蜡与热量传递的桥梁，制作工艺更简单，目前应用的也较为广泛，封装材料的出现还可以进一步减少石蜡的泄漏，提高蓄热储能设备的运行效率[65]。图1.2石蜡碳原子个数与熔点、相变潜热的关系脂肪酸类熔点普遍比石蜡要低，具有相变材料潜热大，性质稳定，具有较好的材料相容性，过冷现象不明显等特点，也是目前成熟应用的PCM材料[66]。脂肪酸通式为CH3(CH2)2nCOOH，月桂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸、癸酸、硬脂酸、乙酸等相变材料的碳原子数、熔点及相变潜热列于表1.4中。在众多脂肪酸类PCM材料中，月桂酸的储热能力强、体积膨胀率低、理化性质相对稳定，相变温度在42~46℃，相变潜热为100~200kJ/kg，也是常用的相变材料之一。与石蜡类似，月桂酸在使用的过程中也存在导热性能差，液体状态下容易泄漏等问题，限制了月桂酸材料的进一步发展。黄雪等[67]将月桂酸与膨胀石墨复合材料用于热储能设备的PCM材料，对材料的物体特性进行了表征测试。李云涛等[68]制备了正癸酸、月桂酸、硬脂酸熔融的三元体系PCM材料，将膨胀石墨作为多孔支撑介质，相关实验表明这种复合材料的导热系
内蒙古科技大学硕士学位论文--18-（d）微波炉（e）漩涡混合器（f）恒温水浴箱图2.1试验所需仪器2.4膨胀石墨的制备试验前首先采用电子分析天平称取适量的可膨胀石墨，置于恒温鼓风干燥箱中，对可膨胀石墨进行干燥处理，温度设定为110℃，连续干燥24h，以最大程度去除可膨胀石墨中的自有水分。干燥结束后采用电子分析天平称取适量的可膨胀石墨，进行膨胀石墨的膨化工作，此步骤为材料制备的重要工序，通过查阅文献，选择文献中提到的微波膨化法进行制备。在微波法下，由于自身卓越的导电性，在微波条件下会出现涡电流，是材料本身升温，当加热的温度保持升高并到一定的程度时，材料被加热至临界点，此时原本停留于鳞片夹隙中的化合物因受热开始进行分解，可膨胀石墨便开始膨胀。膨胀石墨制得后，其体积较原始的可膨胀石墨差异较大，其形态变为疏松的蠕虫状，表面具有疏松的多孔结构，其示意图如图2.2所示。图2.2膨胀石墨示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]能源消费、经济增长及其区域差异性分析[J]. 丁咏梅,高立元,郭鑫. 现代商贸工业. 2020(02)
[2]经济新常态背景下我国能源化工产业协同发展研究[J]. 敖明. 现代商业. 2019(35)
[3]环境保护与中国低碳经济发展浅析[J]. 沈娟,彭永根,曾凡俊. 江西化工. 2019(06)
[4]石蜡/膨胀珍珠岩定形相变材料的制备、封装及性能[J]. 孟多,王安琪,杨籍. 功能材料. 2019(11)
[5]有机相变储能材料的研究进展[J]. 杨磊,姚远,张冬冬,叶灿滔,龚宇烈. 新能源进展. 2019(05)
[6]内蒙古地区太阳能-地源热泵系统运行特性研究[J]. 金光,张宏葛,郭少朋,郝楠. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2019(05)
[7]聚苯乙烯包覆石蜡相变微胶囊的制备及性能分析[J]. 李凤艳,胡荣荣,徐远航,赵天波. 石油化工高等学校学报. 2019(05)
[8]中国可再生能源技术的发展（1949—2019）[J]. 娄伟. 科技导报. 2019(18)
[9]相变蓄热材料在节能建筑领域的应用与研究进展[J]. 张兵,武卫东,常海洲. 化工新型材料. 2019(09)
[10]低温相变蓄冷材料热物性的高精度预测模型[J]. 李亚军,张锦文. 华南理工大学学报(自然科学版). 2019(09)
博士论文
[1]新型无机水合盐定形复合相变材料的制备及性能[D]. 付弯弯.华南理工大学 2019
[2]新型复合相变材料的制备及其热物性研究[D]. 张素凌.华南理工大学 2019
[3]SiO2基复合壁材相变纳米胶囊的制备与性能研究[D]. 祝亚林.中国工程物理研究院 2019
[4]固固复合相变材料制备及性能研究[D]. 赵盼盼.中国科学技术大学 2016
[5]民用建筑能源需求与环境负荷研究[D]. 白玮.同济大学 2008
硕士论文
[1]有机/无机定型复合相变材料的制备及其性能研究[D]. 刘媛.南昌大学 2019
[2]膨胀石墨/石蜡定形相变储热材料的制备及其性能研究[D]. 任学明.南京航空航天大学 2019
[3]地质聚合物的制备与性能[D]. 张郁旋.大连交通大学 2018
[4]膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料的制备及性能研究[D]. 张娇.西安建筑科技大学 2016
[5]内蒙古地区太阳能光伏产业政策研究[D]. 孙亚景.内蒙古大学 2016
[6]膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料实验研究[D]. 张钦真.内蒙古科技大学 2013
[7]石蜡相变材料的传热与控温性能研究[D]. 李得伦.华南理工大学 2012
[8]西北高寒地区太阳能储热系统的研究[D]. 芦潮.内蒙古工业大学 2005
本文编号：3374285
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
相变蓄、
内蒙古科技大学硕士学位论文--12-石蜡复合相变材料，并加入碳纳米管（CNTs）掺杂，从而有效提高了材料的导热系数。当CNTs掺杂量高于质量分数的0.8%时，复合材料的熔化潜热保持不变，而导热系数从2.141W·(m·K)-1提升至4.106W·(m·K)-1，具有良好的热循环稳定性。Xiao等[64]用泡沫金属作为支撑骨架来提高石蜡的传热能力，所得结果显示材料的传热系数在泡沫镍的加入后上升了一倍，而传热系数在泡沫铜的加入后大幅度上升，上升幅度达十四倍。肋片与封装的加入主要是通过增加石蜡的传热面积来强化导热过程，肋片与封装层作为石蜡与热量传递的桥梁，制作工艺更简单，目前应用的也较为广泛，封装材料的出现还可以进一步减少石蜡的泄漏，提高蓄热储能设备的运行效率[65]。图1.2石蜡碳原子个数与熔点、相变潜热的关系脂肪酸类熔点普遍比石蜡要低，具有相变材料潜热大，性质稳定，具有较好的材料相容性，过冷现象不明显等特点，也是目前成熟应用的PCM材料[66]。脂肪酸通式为CH3(CH2)2nCOOH，月桂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸、癸酸、硬脂酸、乙酸等相变材料的碳原子数、熔点及相变潜热列于表1.4中。在众多脂肪酸类PCM材料中，月桂酸的储热能力强、体积膨胀率低、理化性质相对稳定，相变温度在42~46℃，相变潜热为100~200kJ/kg，也是常用的相变材料之一。与石蜡类似，月桂酸在使用的过程中也存在导热性能差，液体状态下容易泄漏等问题，限制了月桂酸材料的进一步发展。黄雪等[67]将月桂酸与膨胀石墨复合材料用于热储能设备的PCM材料，对材料的物体特性进行了表征测试。李云涛等[68]制备了正癸酸、月桂酸、硬脂酸熔融的三元体系PCM材料，将膨胀石墨作为多孔支撑介质，相关实验表明这种复合材料的导热系
内蒙古科技大学硕士学位论文--18-（d）微波炉（e）漩涡混合器（f）恒温水浴箱图2.1试验所需仪器2.4膨胀石墨的制备试验前首先采用电子分析天平称取适量的可膨胀石墨，置于恒温鼓风干燥箱中，对可膨胀石墨进行干燥处理，温度设定为110℃，连续干燥24h，以最大程度去除可膨胀石墨中的自有水分。干燥结束后采用电子分析天平称取适量的可膨胀石墨，进行膨胀石墨的膨化工作，此步骤为材料制备的重要工序，通过查阅文献，选择文献中提到的微波膨化法进行制备。在微波法下，由于自身卓越的导电性，在微波条件下会出现涡电流，是材料本身升温，当加热的温度保持升高并到一定的程度时，材料被加热至临界点，此时原本停留于鳞片夹隙中的化合物因受热开始进行分解，可膨胀石墨便开始膨胀。膨胀石墨制得后，其体积较原始的可膨胀石墨差异较大，其形态变为疏松的蠕虫状，表面具有疏松的多孔结构，其示意图如图2.2所示。图2.2膨胀石墨示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]能源消费、经济增长及其区域差异性分析[J]. 丁咏梅,高立元,郭鑫. 现代商贸工业. 2020(02)
[2]经济新常态背景下我国能源化工产业协同发展研究[J]. 敖明. 现代商业. 2019(35)
[3]环境保护与中国低碳经济发展浅析[J]. 沈娟,彭永根,曾凡俊. 江西化工. 2019(06)
[4]石蜡/膨胀珍珠岩定形相变材料的制备、封装及性能[J]. 孟多,王安琪,杨籍. 功能材料. 2019(11)
[5]有机相变储能材料的研究进展[J]. 杨磊,姚远,张冬冬,叶灿滔,龚宇烈. 新能源进展. 2019(05)
[6]内蒙古地区太阳能-地源热泵系统运行特性研究[J]. 金光,张宏葛,郭少朋,郝楠. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2019(05)
[7]聚苯乙烯包覆石蜡相变微胶囊的制备及性能分析[J]. 李凤艳,胡荣荣,徐远航,赵天波. 石油化工高等学校学报. 2019(05)
[8]中国可再生能源技术的发展（1949—2019）[J]. 娄伟. 科技导报. 2019(18)
[9]相变蓄热材料在节能建筑领域的应用与研究进展[J]. 张兵,武卫东,常海洲. 化工新型材料. 2019(09)
[10]低温相变蓄冷材料热物性的高精度预测模型[J]. 李亚军,张锦文. 华南理工大学学报(自然科学版). 2019(09)
博士论文
[1]新型无机水合盐定形复合相变材料的制备及性能[D]. 付弯弯.华南理工大学 2019
[2]新型复合相变材料的制备及其热物性研究[D]. 张素凌.华南理工大学 2019
[3]SiO2基复合壁材相变纳米胶囊的制备与性能研究[D]. 祝亚林.中国工程物理研究院 2019
[4]固固复合相变材料制备及性能研究[D]. 赵盼盼.中国科学技术大学 2016
[5]民用建筑能源需求与环境负荷研究[D]. 白玮.同济大学 2008
硕士论文
[1]有机/无机定型复合相变材料的制备及其性能研究[D]. 刘媛.南昌大学 2019
[2]膨胀石墨/石蜡定形相变储热材料的制备及其性能研究[D]. 任学明.南京航空航天大学 2019
[3]地质聚合物的制备与性能[D]. 张郁旋.大连交通大学 2018
[4]膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料的制备及性能研究[D]. 张娇.西安建筑科技大学 2016
[5]内蒙古地区太阳能光伏产业政策研究[D]. 孙亚景.内蒙古大学 2016
[6]膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料实验研究[D]. 张钦真.内蒙古科技大学 2013
[7]石蜡相变材料的传热与控温性能研究[D]. 李得伦.华南理工大学 2012
[8]西北高寒地区太阳能储热系统的研究[D]. 芦潮.内蒙古工业大学 2005
本文编号：3374285
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