本文關(guān)鍵詞：三水合乙酸鈉在相變單元中的傳熱特性研究

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【摘要】：潛熱的利用能夠解決能量供給與需求不匹配的問題,無機(jī)水和鹽作為一類相變潛熱大中低溫相變材料(PCM),相變溫度多處于人們?nèi)粘Ｉ罨蛘吖I(yè)生產(chǎn)所需的溫度,故而得到了廣泛的應(yīng)用。三水合乙酸鈉(CH3COONa·3H2O, sodium acetate trihydrate,SAT)作為其中的代表之一,具有極大的應(yīng)用潛力。但是,SAT的過冷度較大,多次使用會產(chǎn)生相分離現(xiàn)象,嚴(yán)重影響其循環(huán)利用,并導(dǎo)致儲熱能力逐漸變差。同時,SAT導(dǎo)熱能力有限,這就導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用中不能將熱量在短時間貯存或者釋放。解決好以上兩個問題也對改善無機(jī)鹽類PCM儲熱能力具有重要意義。本文研究了多種不同的方法抑制SAT的過冷和相分離現(xiàn)象,并應(yīng)用不同手段增強(qiáng)了PCM的導(dǎo)熱能力。所做的主要工作如下：(1)設(shè)計了不銹鋼材質(zhì)的相變單元體,作為模擬蓄熱器。研究SAT在其中的儲熱特性,發(fā)現(xiàn)在相變單元完全融化后,SAT靜置于室溫狀態(tài)下冷卻后3小時后都沒有結(jié)晶放熱,雖然單元體的導(dǎo)熱性能優(yōu)良,但SAT都不能將貯存的熱量釋放,說明本身過冷度較大。為降低其過冷度,篩選了一系列無機(jī)水合鹽作為優(yōu)良的成核劑,其中,十二水磷酸氫二鈉(Na2HPO4·12H2O)的效果最優(yōu),這是因?yàn)榇姿徕c溶液對于Na2HPO4·12H2O較強(qiáng)的脫水作用。為了保持體系的穩(wěn)定性,需使用增稠劑使體系保持一定的儲熱能力。很多有機(jī)物(聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素、阿拉伯樹膠、明膠和蔗糖)都可以作為增稠劑使用,但是,較為可靠的是明膠和羧甲基纖維素(CMC)。(2)通過制備混合相變材料和增加肋片的方式來強(qiáng)化單元體的傳熱能力,提高SAT的蓄放熱速率。SAT, Nano-Cu或者Nano-SiO2以及分散劑和增稠劑組成的復(fù)合相變材料可將蓄放熱速率提高20%以上。加入納米銅后,在固態(tài)區(qū),SAT的導(dǎo)熱系數(shù)就有所提高,這種混合體系兼具解決過冷度大的能力。在單元體內(nèi)增加不銹鋼網(wǎng)格式肋片后,單元體在潛熱蓄放熱速率最高可提高近一倍以上,這在實(shí)際應(yīng)用中具有極大的價值。這些納米材料(Nano-Cu和Nano-SiO2)外加增稠劑(多用CMC)與SAT組成混合體系,也有較低的過冷特性和穩(wěn)定性。但是,需要保證納米材料均勻分散于熔融狀態(tài)下的SAT中。(3)研究了一些外加擾動的作用對SAT相變性能的影響,主要有超聲波照射法、機(jī)械攪拌法以及機(jī)械振動法。三種手段的目的都是在容器內(nèi)部產(chǎn)生一個穩(wěn)定的結(jié)晶核心。1)超聲波照射SAT熔體是利用了超聲波作為一種“能量”形式,促進(jìn)結(jié)晶。另外還可提高鹽在溶液中的溶解度,使析出的鹽能夠再次溶解從而解決了相分離的問題；2)機(jī)械攪拌法是在機(jī)械轉(zhuǎn)軸處提供一個結(jié)晶核心,并能使析出的鹽重新溶解,改善相分離現(xiàn)象；3)振動法為結(jié)晶提供了一個穩(wěn)定的動力來源,對容器壁振動使析出的晶體不斷脫落,抑制析出現(xiàn)象的發(fā)生。(4)以實(shí)際應(yīng)用的場合、經(jīng)濟(jì)性、和蓄熱器的特點(diǎn)幾個方面分析了成核方法的適用范圍：以應(yīng)用場合、經(jīng)濟(jì)性和可行性等方面分析了幾種強(qiáng)化單元體傳熱手段的優(yōu)劣。
【關(guān)鍵詞】：三水合乙酸鈉 過冷度 成核方法 強(qiáng)化傳熱
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB34
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-27
• 1.1 研究背景與研究意義13-14
• 1.1.1 研究背景13-14
• 1.1.2 研究意義14
• 1.2 相變儲能材料研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 相變儲能材料的分類14-16
• 1.2.2 相變儲能材料的相關(guān)研究16-17
• 1.2.3 相變儲能材料的應(yīng)用17-20
• 1.3 三水合乙酸鈉的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-24
• 1.3.1 物性參數(shù)及特點(diǎn)20-23
• 1.3.2 降低過冷度與改善相分離的研究23-24
• 1.4 相變儲能的強(qiáng)化手段24-25
• 1.4.1 添加劑24
• 1.4.2 肋片強(qiáng)化傳熱24-25
• 1.4.3 相變微膠囊技術(shù)25
• 1.4.4 相變材料的復(fù)合25
• 1.5 主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)25-27
• 1.5.1 主要研究內(nèi)容25-26
• 1.5.2 創(chuàng)新點(diǎn)26-27
• 第2章 添加劑對三水合乙酸鈉過冷和相分離的改善27-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)器材27-30
• 2.1.1 相變單元的設(shè)計27-28
• 2.1.2 材料與儀器28-29
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)過程29-30
• 2.2 三水合乙酸鈉的儲熱特性30-32
• 2.2.1 過冷特性30-31
• 2.2.2 熱物性31-32
• 2.3 成核劑與增稠劑的作用效果32-37
• 2.3.1 成核劑的作用效果32-35
• 2.3.2 增稠劑的作用效果35-37
• 2.4 小結(jié)37-39
• 第3章 納米添加劑對三水合乙酸鈉導(dǎo)熱性能的改善39-51
• 3.1 納米技術(shù)強(qiáng)化傳熱的原理39-41
• 3.1.1 納米材料與納米技術(shù)39-40
• 3.1.2 納米技術(shù)強(qiáng)化傳熱的作用機(jī)理40-41
• 3.2 實(shí)驗(yàn)器材與內(nèi)容41-42
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器41
• 3.2.2 納米材料/三水合乙酸鈉復(fù)合相變材料的制備41-42
• 3.2.3 融化-凝固實(shí)驗(yàn)42
• 3.2.4 導(dǎo)熱系數(shù)測試42
• 3.3 納米銅/三水合乙酸鈉復(fù)合相變材料的相變及傳熱特性42-46
• 3.3.1 復(fù)合相變材料的融化、凝固特性42-43
• 3.3.2 納米銅的成核作用43-44
• 3.3.3 混合相變體系的最佳初始溫度的研究44-46
• 3.3.5 導(dǎo)熱系數(shù)測試結(jié)果46
• 3.4 其他納米材料的成核效果46-48
• 3.4.1 納米氧化銅46-47
• 3.4.2 納米二氧化硅47-48
• 3.5 成核劑成核效果的對比48-49
• 3.6 小結(jié)49-51
• 第4章 超聲波照射對相變單元相變及傳熱過程的影響51-60
• 4.1 超聲波照射的作用原理51-53
• 4.1.1 超聲波的工作機(jī)理51-52
• 4.1.2 超聲波對結(jié)晶和傳熱過程影響的研究52-53
• 4.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容53-54
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備53
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)過程53-54
• 4.3 超聲波照射的作用效果54-59
• 4.3.1 對結(jié)晶過程的影響54-56
• 4.3.2 對抑制析出的影響56-57
• 4.3.3 對傳熱過程的影響與分析57-59
• 4.4 小結(jié)59-60
• 第5章 機(jī)械攪拌與超聲振動對相變過程的影響60-67
• 5.1 機(jī)械攪拌的作用效果60-62
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)過程60-61
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析61-62
• 5.2 超聲振動的作用效果62-64
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)過程62-63
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析63-64
• 5.3 成核手段的對比64-66
• 5.3.1 成核效果64-65
• 5.3.2 理論依據(jù)及實(shí)驗(yàn)方法65
• 5.3.3 實(shí)際應(yīng)用65-66
• 5.4 小結(jié)66-67
• 第6章 肋片對相變單元傳熱過程的影響67-75
• 6.1 肋片強(qiáng)化傳熱方案設(shè)計67-68
• 6.1.1 肋片強(qiáng)化傳熱的基本原理67
• 6.1.2 肋片的設(shè)計67-68
• 6.2 相變單元內(nèi)三水合乙酸鈉融化過程數(shù)值模擬68-71
• 6.2.1 模型的建立68-69
• 6.2.2 結(jié)果分析69-71
• 6.3 實(shí)驗(yàn)研究71-73
• 6.3.1 融化過程72-73
• 6.3.2 凝固過程73
• 6.4 強(qiáng)化傳熱手段的對比73-74
• 6.5 小結(jié)74-75
• 第7章 結(jié)論與展望75-77
• 7.1 結(jié)論75-76
• 7.2 展望76-77
• 致謝77-78
• 參考文獻(xiàn)78-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及參加的科研項目89

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 唐鈺成;鄭瑞佩;王振國;;三水合乙酸鈉蓄熱特性的研究[J];河北省科學(xué)院學(xué)報;1988年02期

2 熊亞,金龍飛,胡起柱;CH_3COONa·3H_2O-Na_2SO_4·10H_2O截面[J];華中師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1992年03期

3 ;[J];;年期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 向歡歡;三水合乙酸鈉復(fù)合相變儲熱材料的制備與熱物性研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2016年

2 崔文龍;三水合乙酸鈉在相變單元中的傳熱特性研究[D];西南交通大學(xué);2016年

，

本文編號：655056