相變材料及相變?nèi)闋钜旱臒嵝阅?/h1>

2006-08-17 10:48    【大 中 小】【打印】【我要糾錯】

　　1 引言

　　近年來，我國城市白天電力能耗逐年增加，而夜間耗電量小且電價便宜，“削峰填谷”是解決這一問題的一種途徑。目前，多種蓄冷系統(tǒng)被廣泛使用來消減白天耗電量并蓄積冷量。但是，除了冰晶制冰方式（需要專門的動態(tài)制冰機(jī)）以外，各種固態(tài)蓄冰方式（包括冰球）的蒸發(fā)溫度至少要達(dá)到-8 ~ -10℃或者更低，與之配套二次冷媒的溫度也必須在-6℃以下，這使得大量蒸發(fā)溫度在零上的高效冷水空調(diào)機(jī)組無法，而且蒸發(fā)溫度越低，制冷系數(shù)也越低，電耗就會越大[3].潛熱型功能熱流體則不然，它的蓄冷溫度可以與空調(diào)工況吻合得很好，同時蓄積大量冷量。

　　潛熱型功能熱流體是由特制的相變材料微粒（尺寸為μm量級）和單相傳熱流體水混合構(gòu)成的一種固液多相流體，分為相變?nèi)闋钜汉臀⒛z囊乳狀液[1].相變?nèi)闋钜簩⑾嘧儾牧现苯臃稚⒃谒�中形成乳液，其傳熱性能�?yōu)于微膠囊乳狀液，但是易堵塞管道；微膠囊乳狀液是用高分子聚合物包裹相變材料形成微囊，該微囊被分散在水中又形成乳液，由于有聚合物外殼包裹，微膠囊乳狀液不易堵塞管道，但傳熱性能要遜于相變?nèi)闋钜�。潛熱型功能熱流體的蓄冷密度比較大，材料來源廣泛，價格低廉，最獨特的地方還在于乳液發(fā)生相變前后都能夠保持流動狀態(tài)，這為實現(xiàn)蓄釋冷過程中的強(qiáng)化傳熱創(chuàng)造了條件。借助對流與導(dǎo)熱相似理論，我們已經(jīng)建立了功能熱流體管內(nèi)湍流流動的內(nèi)熱源模型, 并指出了潛熱型功能熱流體換熱強(qiáng)化的物理機(jī)制[4-10].

　　天津大學(xué)趙鎮(zhèn)南[11-12]、日本的H. Inaba等[13]對相變材料為十四烷（C14H30，融點5.8℃，潛熱229kJ/kg） 的相變?nèi)闋钜旱臒嵛镄赃M(jìn)行了初步的探索。本文系統(tǒng)的介紹了十四烷為相變材料的相變?nèi)闋钜旱南嘧冃阅堋�嘗試了新相變材料“十四烷與十六烷的二元混合物”，測量了其相變溫度和潛熱，并尋找到溫度適宜的相變材料。通過添加乳化劑制備了20wt%新相變材料的乳狀液，測量了相變?nèi)闋钜旱南嘧儨囟群蜐摕帷?/p>

　　2 以十四烷為相變材料的相變?nèi)闋钜?/p>

　　相變材料十四烷C14H30：購自遼寧省撫順市撫順化工廠。

　　2.1 相變材料十四烷的相變溫度與相變熱的確定

　　2.1.1 DSC測量方法

　　用DSC2910示差掃描量熱儀測定熱特性，用高純標(biāo)準(zhǔn)樣品校準(zhǔn)溫度及熱焓，高純氮氣保護(hù)，氮氣流量為50mL/min，試樣量為1～3mg，掃描溫度范圍為-30 OC～ 30 OC.測量時先從30 OC降溫至-30 OC，再重新升溫至30 OC，十四烷質(zhì)量為1.800mg, 加熱和冷卻速率為5OC/min，升降溫過程融解熱基本相同，降溫過程為207.61J/g，升溫過程為192.62J/g，接近理論潛熱229J/g.但升降溫過程相變溫度有顯著差異，十四烷的融點為5.39 OC,比較接近理論值5.8 OC,而降溫過程則由于DSC測樣量過少（僅為1.800mg），發(fā)生了明顯的過冷，凝固點僅為1.68 OC.

　　2.1.2 參比溫度法原理及測量結(jié)果

　　根據(jù)參比溫度法原理[2]，自行搭建了實驗臺，測量了相變材料降溫過程的凝固點。

　　測試裝置如圖1所示。熱針指銅－康銅型熱電偶（直徑0.5mm），沿中心軸線方向放在針狀套管中,測溫精度±0.3℃。熱針與HP34970A數(shù)據(jù)采集儀連接，通過PC機(jī)來記錄相變材料的溫度變化。相變材料和水分別放在相同規(guī)格的試管（試管的半徑為6mm，管長為10.5cm）內(nèi)，它們在試管中的Bi數(shù)（Bi=hR/2k，R為試管半徑，k為相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)，h為試管外空氣的自然對流換熱系數(shù)）均小于0.1，故可認(rèn)為試管內(nèi)液體溫度是均勻一致的，其傳熱分析可采用集總熱容法。

　　測量時，先將裝有液體PCM、水、空氣的試管放入恒溫箱（或冰箱）中，恒溫箱初始溫度To>Tm（相變材料的相變溫度），溫度達(dá)到To后，調(diào)節(jié)恒溫箱的溫度，使其以1℃/min的速度降至0℃左右。PCM在降溫過程中發(fā)生凝固，凝固溫度記錄在HP數(shù)據(jù)采集儀中。

　　選用合適的十四烷與十六烷的混合物作為相變材料，可以將相變?nèi)闋钜旱臏囟瓤刂圃诳照{(diào)冷凍水工況7℃~12℃之間，從而改善了相變?nèi)闋钜旱臒嵝阅堋?/P>

延伸閱讀：材料 熱 性能

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