饱和一元脂肪醇类相变材料的蓄热特性_付江辉

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相变储能材料及其应用研究进展

相变储能材料及其应用研究进展陈颖;姜庆辉;辛集武;李鑫;孙兵杨;杨君友【摘要】人类在面临化石能源枯竭的同时,对能量的利用率依然还停留在较低的水平.因此,在大力发展新能源的同时,着力研发节能环保新材料新技术具有十分重要的意义.相变材料(phase-change materials,PCM)是一种节能环保的储能材料,它在蓄热与温控等领域具有大规模商业应用的潜力.本文首先对相变储能材料的基本特征、工作原理以及分类等方面作了简要的介绍;并就相变储能材料在温控与蓄热等领域的应用与发展情况进行了具体的分析,指出了PCM的性能是制约其深入广泛应用的主要技术障碍.在此基础上,详细评述了PCM存在的主要问题以及针对这些问题开展的相关研究工作和最新发展动态,指出通过功能复合等新技术优化材料性能、设计新材料体系、拓展新的应用领域将是相变储能材料未来的主要发展方向.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2019(047)007【总页数】10页(P1-10)【关键词】相变材料;相变储能;热管理;蓄热;节能【作者】陈颖;姜庆辉;辛集武;李鑫;孙兵杨;杨君友【作者单位】华中科技大学材料科学与工程学院,武汉430074;华中科技大学材料科学与工程学院,武汉430074;华中科技大学材料科学与工程学院,武汉430074;华中科技大学材料科学与工程学院,武汉430074;华中科技大学材料科学与工程学院,武汉430074;华中科技大学材料科学与工程学院,武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TK11随着全球人口的快速增长和经济发展，石油天然气等不可再生能源日益枯竭，能源危机日趋严重[1]。

然而，在能源的开采与利用过程中，能量利用率低的问题却依然没有有效的解决办法。

例如，燃油汽车中，燃料中50%以上的能量以废热的形式散失到空气中[2]；工业生产中，大量的热量以余热的形式耗散[3]。

能量以热的形式散失到空气，在造成资源损耗的同时，引起全球气候变暖。

低温相变储能材料研究进展及其应用

１低温相变储能材料概述
低温相变储能材料是蓄冷系统中储冷的功能材料，利用其在相变过程中对冷量的存储与释放，从而达到控制环境温度及错峰用冷、移峰填谷的目的。［５］相变过程是一个等温或近似等温的过程，并伴随着大量的能量吸收或释放。作为储能材料应该具有一些良好的热力学、动力学和化学性质，同
· ２２２ ·
材料导报
２０１６年１１月第３０卷专辑２８
低温相变储能材料研究进展及其应用＊
傅一波，王冬梅，朱宏
（深圳职业技术学院传播工程学院，深圳５１８０５５）
摘要相变储能材料具有能量存储密度高、热容大和热稳定性较好等优点，广泛应用于各类储能系统。就低温相变储能材料（温度低于２０ ℃）进行综述，重点介绍了低温相变材料的分类及其载体的研究，并探讨了相变材料在空调、建筑及食品保鲜等领域的研究进展。最后对未来相变材料的发展方向和应用前景进行了展望。
目前国内外研究的相变材料主要集中在固－液相变材料，包括结晶水合盐类无机相变材料，以及石蜡、酯、多元醇和聚合物等。目前相变材料已经在建筑供冷制热［２］、移峰填谷［３］、太阳能等［４］各领域广泛使用。随着技术的发展，相变材料已经在低温领域得到了很了很好的应用。本文就近年来国内外对低温领域的相变材料（温度低于２０℃）的研究进展做出回顾和论述。

《低温与超导》2010年总目录第38卷第159期～第170期

２１第１００年期
饱和液体氦一３的粘度性质 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 黄永华，王晓建，王如竹ＥＳｋ４ＡＴ２Ｗ／Ｋ氦制冷机检漏及真空系统运行情况 … … … … … … … … … … … … … … 吴克平，明，启勇，庄张等１６９ｌ３
涡流管研究进展及在天然气工业中的应用 … … … … … … … … … … … பைடு நூலகம் … … … … … … … 石鑫，淑凤，立孙王
１
９ｌ３
１８
基于ＤＳ的ＥＳＣＡＴ内置低温泵监控系统设计 … … … … … … … … … … … … … … … … 胡良兵，夏根海，庄明，等斯特林制冷机磨损和污染的特性分析 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 刘向阳，杨少华低温下不锈钢导热系数的测量 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 葛琪林，柳建华，张良，等
倾斜管内低温两相弹状流特性实验研究 —— 弹状汽泡运动速度 … … … … … … … … … 张华，满峰，李巨永林，等低温吸附泵用椰壳活性炭的性能测试 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 谢远来，明明，汪陶玲，等
载气汽油蒸汽在水平圆管内的冷凝 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 侯银燕，维李环形翅片的分析模拟与优化设计 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 冯毅，毅欣李

(21)复合相变蓄热材料研制及性能分析

复合相变蓄热材料研制及性能分析方贵银1　李　辉2(1.南京大学物理系,江苏南京210093;2.南京大学材料科学与工程系,江苏南京210093)摘要:制备了一种复合相变蓄热材料,该蓄热材料是由两种相变材料(硬脂酸和石蜡油)组成,通过物理吸附的方法将其复合在固态支撑材料中,通过实验分析了所研制的蓄热材料的相变点、相变热、热稳定性及微相结构等性能。

测试结果表明该蓄热材料具有较高的相变潜热和较好的热稳定性。

关键词:复合蓄热材料;相变;性能中图分类号:T Q645　文献标识码:A 文章编号:0253-4320(2003)12-0030-02Preparation and analysis of a heat storage phase change composite materialF ANG Gui 2yin 1,LI Hui 2(1.Department of Physics ,Nanjing University ,Nanjing 210093,China ;2.Department of Material Science and Engineering ,Nanjing University ,Nanjing 210093,China )Abstract :A heat storage phase change com posite material was prepared ,based on tw o kinds of phase change materials (stearic acid and paraffin oil ),and physically ads orbed by a s olid skeleton material.The properties of the heat storage material including phase change tem perature ,phase change latent heat ,thermal stability and microstructure were analyzed ,and the results show that the com posite material has higher latent heat and better thermal stability.K ey w ords :heat storage com posite material ;phase change ;per formance　收稿日期:2003-09-02　基金项目:江苏省自然科学基金资助项目(Bphase change K 2003072)　作者简介:方贵银(1963-),男,博士,副教授,主要从事蓄能材料的研究,025-*******,gy fang @ 。

相变储能材料的研究及应用新进展

相变储能材料的研究及应用新进展周建伟1,刘　星2(1.平原大学能源与燃料研究所,河南新乡　453000; 2.河南工业大学化学化工学院,河南郑州　450001)摘　要:综述了近年来相变储能材料的研究和应用新进展。

介绍了相变材料的种类及各类相变材料特点,并对各类相变材料的性能、储能机理和优缺点进行了讨论;探讨了相变材料在太阳能利用、建筑节能等领域的应用;展望了未来相变材料的发展方向和应用前景。

关键词:相变材料;储能;太阳能;应用中图分类号:T Q050.43 文献标识码:A 文章编号:1003-3467(2007)10-0007-04New Progress on Research and Appli ca ti onof Pha se Change Energy Storage M a ter i a lsZHO U J i a n-we i1,L I U X i n g2(1.I nstitute of Fuel&Energy,Pingyuan University,Xinxiang　453000,China;2.I nstitute of Che m2 istry and Che m ical Engineering,Henan University of Technol ogy,Zhengzhou　450001,China) Abstract:Ne w p r ogress on research and app licati on of phase change energy st orage materials in recent years are su mmarized.The s pecies and characteristics of phase change materials are intr oduced,and the perf or mance,energy st orage mechanis m,merits and faults of all kinds of phase change materials are dis2 cussed.The app licati on of the phase change materials in the fields of s olar energy utilizati on and building energy saving is stated,and the devel opment trend and the app licati on p r os pect of the phase change ma2 terials are p r os pected.Key words:phase change material;energy st orage;s olar energy;app licati on 物质的相变过程一般是一个等温过程,相变过程中伴随有大量的能量吸收或释放,这部分能量称为相变潜热。

复合相变储能材料及其在发动机余热利用中的应用研究

农业工程与装备20201复合相变储能材料及其在发动机余热利用中的应用研究周东一1，2，肖湘华1，2，吴源泉3，陈荟多1，2（1.邵阳学院机械与能源工程学院湖南邵阳422000；2.邵阳学院高效动力系统智能制造湖南省重点实验室，湖南邵阳422000；3.厦门航空酒店管理有限公司，福建厦门361000）摘要：为回收发动机冷却液余热，选取豆蔻酸为相变储热材料，制备了豆蔻酸/膨胀石墨复合相变材料并对其性能进行了表征，将复合材料封装在相变储能器中，借助Fluent 软件对相变蓄能器的蓄、释能特性进行模拟分析。

结果表明复合材料具有高的相变潜热和合适的导热系数，适合作为回收冷却液余热的相变材料。

关键词：复合相变储能材料；热物性；发动机余热；数值模拟推广节能减排技术、发展清洁的可再生能源、实现科学用能，是解决能源问题以及由此所产生的环境问题的必然途径，而储能技术是实现该途径的有效手段之一[1][2]。

汽车发动机的使用效率一般为35%~40%，燃料发热量25%左右被冷却液带走、35%~45%被汽车尾气带走。

回收和利用这部分余热，是一种很好的节能方案[3]。

采用相变储热技术，利用相变材料以相变潜热的形式回收储存冷却液余热，在低温环境下发动机暖机和冷启动时，相变材料释放热量，预热缸体，改善发动机启动性能。

许多文献进行了无机或有机相变材料的理论和实验研究[4-8]。

夏旭等进行了内燃机余热回收储热材料的热物性研究，认为硬脂酸和聚乙二醇具有良好的热物性，适合作为相变材料来回收冷却液余热[9]。

陶鹏利用FLUENT 软件对相变蓄能器的储放热特性和相变过程进行了仿真分析，得出了相变储能材料在储能和释能过程中液相分数和温度随时间的变化规律[10]。

脂肪酸是一种优良的有机相变储能材料，但脂肪酸导热系数较低，且在固-液相变过程中出现液相渗漏等缺点。

诸多研究表明添加膨胀石墨可明显增强其导热性能和阻止泄漏。

项目组采用肉豆蔻酸（MA ）为相变蓄热介质、以膨胀石墨（EG ）为基体制Study on the Composite Phase-change Energy Storage Material and ItsApplication in Waste Heat Utilization of EngineZHOU Dong-yi 1,2*,XIAO Xiang-hua 1,2,WU Yuan-quan 3,CHEN Hui-duo 1,2（1.School of Mechanical and Energy Engineering ，Shaoyang University ，Shaoyang ，Hunan 422000，China;2.Key Laboratory of Hunan Province for Efficient Power System and Intelligent Manufacturing,ShaoyangUniversity,Shaoyang,Hunan 422000,China;3.Xiamen Airline Hotel Management Company Ltd.,Xiamen,Fujian 361000,China ）【Abstract 】In this paper,myristic acid/expanded graphite composite phase-change heat storage material has been manufactured by using myristic acid.The composite material is encapsulated in a phase change energy storage device,and the performance of the composite phase change material is characterized.In order to recover the waste heat of the engine coolant,the Fluent software is used to simulate and analyze the energy storage and discharge characteristics of the phase change accumulator.The results show that the composite materialshas a high latent heat of phase change and appropriate thermal conductivity,which is suitable to be used as phase change material for recovering waste heat of engine coolant.【Keywords 】composite phase change energy storage material ；thermal properties ；engine waste heat ；numerical simulation基金项目：湖南省高校创新平台基金（18K097）、湖南省自然科学基金（2018JJ2366）、湖南省重点研发计划（2018GK2074）。

主查三类相变蓄热材料

主查三类相变蓄热材料相变蓄热材料主要分三类，无机PCM类，有机PCM类，复合PCM类，我将一一举例。

材料1:石蜡相变蓄热材料（有机PCM类主要是石蜡，醋酸，和其他有机物）通式错误！未找到引用源。

石蜡为非晶体，没有固定溶沸点。

但石蜡主要由直链烷烃混合而成，烷烃熔点一般为52错误！未找到引用源。

，潜热值190kj/kg。

优点：相变潜热高，几乎没有过冷现象，融化时蒸汽压力低，不易发生化学反应且化学稳定性较好，自成核，没有分离现象和腐蚀性，价格低。

缺点：导热系数低一般可以将几种石蜡进行混合，得到不同熔点的石蜡混合物，使石蜡相变材料的相变温度为17到49度，相变潜热值为190Kj/kg.材料2：高温熔盐相变蓄热材料（无机PCM类主要有结晶水合盐类，熔融盐类，金属或合金类等）一般为氟盐及其共晶化合物，如：NaF,LiF等。

（上方图片最后一项为导热系数）注意事项：盐类蓄热材料有一定的腐蚀性，所以容器材料必须用耐腐蚀的高温合金材料。

缺点：1，由液相转变为固相时有明显的体积收缩，2.热导率低材料3：复合PCM类。

近年来，复合相变储热材料应运而生，它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。

因此，研制复合相变储热材料已成为储热材料领域的热点研究课题。

但是混合相变材料也可能会带来相变潜热下降，或在长期的相变过程中容易变性等缺点。

该复合型相变蓄热材料由石蜡和硬脂酸按一定质量比混合而成，具体做法见下图。

当蓄热材料样品质量为3.186mg时，该材料的起始融化温度为48.522度，峰值融化温度为53.496度，融化潜热为163.576J/g;起始凝固温度为51.089度，峰值凝固温度为50.526度，凝固潜热163.062J/g。

相变储能材料在食品冷链物流中的应用研究进展

第17卷第1:1期肩冷#寶；礴2 0 1 7 年 1 1 月R E F R IG E R A T IO N A N D A IR-C O N D IT IO N IN G1-5相变储能材料在食品冷链物流中的应用研究进展鄢冬茂(沈阳化工研究院有限公司）摘要本文将在冷链物流领域应用的相变材料分为水溶液相变蓄冷材料、有机相变蓄冷材料以及功能型柑变蓄冷材料，并对不同类型材料的研究现状进行了分析，还分析了相变蓄冷材料在低温运输配送和食品冷库领域中的应用前景和存在的问题，指出合理设计相变蓄冷材料配方和装置以提高单位茧f i或单位体积的相变潜热、加快实际应用研究是相变蓄冷技术在食品冷链物流中应用的研究方向。

关键词相变储能材料;食品冷链物流；潜热The application of phase change in food cold chain logisticsYan Dongmao(Shenyang Research Institute of Chemical Industry)ABSTRACT Phase change cool storage material are divided into three categories：aqueousphase change cool storage material, organic phase change cool storage material and functional phase change cool storage material. The research status of different types of materials was analyzed. The prospect and the problems of the application of phase change material in the transportation and distribution of cold food are also analyzed. The followingconclusions are obtained：The formula and device of phase change cold storage materialare rationally designed to increase the latent heat of unit weight or unit volum. Accelerating the application research is the research direction of phase change cool storage technology in food cold chain logistics,KEY WORDS phase change material；food cold chain logistics；latent heat食品的质量变化主要取决于温度，为保证食品的品质和安全，必须把从生产者到消费者之间流通的所有环节都维持相应的低温环境[1]«因此，冷链物流在食品的储存和运输过程中具有十分重要的意义。

蓄热变色涂层的制备

过程中须用容器封装，以防泄漏，同时还存在过冷、相分离等缺点。相比之下，固一固相变材料具有相变体积变化小、无相分离、无泄漏、相变前后性态不变等优点。
多元醇在发生固一固相变时，能可逆地吸收和释放大量的热，并且具有无相分离、过冷程度轻、无毒
收稿日期：２１— ９２０００— ０Ｅ０９５２０３）
作者简介：刘剑虹（１５一）４，男，黑龙江齐齐哈尔人，教授，博士，主要从事功能材料的开发 ‘应用研究，ｙｌｙｈｏ０ｎ。９ｚｈ＠ａｏＩｊ１ｎ
无腐蚀和成本低等优点，因而是一类具有技术和经济潜力的相变贮热材料（Ｍ。Ｐ）将两种多元醇按不同比Ｃ例混合形成的二元体系，可以克服一些多元醇相变温度高、相变热低的缺点，同时获得较低的相变温度和
较高的相变焓，并拓宽相变温度范围，以满足对温度的不同需要，因而更具有实际应用价值。本文选用混合多元醇为蓄热体，以甲基纤维素为填料和连接体，混合温致变色材料得到具有蓄热和感温变色特性的涂料，并进行了测试和表征。得到的蓄热变色涂料可以用于商品的包装防伪和温度标识。
通过３组实验：第１组，新戊二醇一季戊四醇１；第２组，新戊二醇一羟甲基氨基甲烷１；０次三０次
第３组，季戊四醇一羟甲基氨基甲烷１。组分采用不同的比例关系，采取密闭加热一三０次融化一却的方冷法将其共融成 “ 金 ”然后用研钵磨碎进行热分析，最后通过数据分析得到符合相变温度要求的多元醇相合

饱和一元脂肪醇类相变材料的蓄热特性

第31卷第3期2004年北京化工大学学报JOURNAL OF BEI J IN G UN IV ERSIT Y OF CHEMICAL TECHNOLO GYVol.31,No.32004饱和一元脂肪醇类相变材料的蓄热特性付江辉　郑丹星3(北京化工大学化学工程学院,北京　100029)摘　要:以探索饱和一元脂肪醇作相变蓄热材料的可能性为目的,文中选择十八醇进行了量热学的实验研究。

基于提出的凝固点和过冷度研究方法,由试验测得十八醇的凝固点为57112℃,过冷度为0101℃。

十八醇的相变热为242185J/g 。

另外,经50次冷热循环,十八醇凝固点与相变热的偏差分别为0126%和0118%。

上述结果表明十八醇为相变热大、过冷度小、热稳定性良好的相变材料。

关键词:相变材料;十八醇;量热学中图分类号:TB39收稿日期:2003210208基金项目:国家重点基础研究资助项目(G 2000026307)第一作者:女,1977年生,硕士生3通讯联系人引　言相变材料(Phase Change Material ,PCM )是指在一个相对稳定的温度下发生相状态转变时,能吸收或释放大量热的材料。

比起利用物质显热蓄热的方式,PCM 的蓄热密度要高得多。

早期对于相变材料的研究主要集中在无机共晶盐[1],美国的Pipe System Inc.和Solar Inc.分别利用CaCl 2・6H 2O 和Na 2SO 4・10H 2O 作相变材料来有效地贮存太阳能[2]。

东京理科大学的工业和工程化学系的Y oneda 等人研究了一系列可用于建筑物取暖的共晶盐水合物,从中筛选出性能较好的Mg 2Cl 2・6H 2O 和Mg (NO 3)2・6H 2O 共晶盐(融点5911℃)[3]。

共晶盐材料存在过冷度偏大以及周期操作下的热稳定性问题。

即使添加了成核剂和分散剂,仍无法有效解决,限制了共晶盐的应用。

就有机物而言,可以见到以石蜡[4]和脂肪酸[5]为蓄热材料的研究报道。

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1 实验材料
实验样品为十八醇(质量分数 99.0 %), 北京旭东化工厂。
2 步冷曲线的研究
2.1 实验设备与系统温度测定实验仪器为国产 KF-4 型恒温浴槽。
为减缓被测材料的降温速率 , 使液固相变在接近相平衡的条件下进行 , 以确保凝固点的精确测量结果 , 用套在试管外的烧瓶形成的空气浴来降低冷却速率。试管与烧瓶系统一起浸没在恒温浴槽中。
饱和一元脂肪醇是直链烷基和末端一个羧基构
收稿日期 :2003-10-08 基金项目 :国家重点基础研究资助项目(G2000026307) 第一作者 :女 , 1977 年生 , 硕士生＊通讯联系人
成的化合物 , 即 CH3 —(CH2)n —OH 。随着碳原子数不同 , 其熔点可在较宽的范围内变化。十八醇具有高熔点和大的相变热适合作为蓄热 PCM 。本试验拟用其作为量热学研究的对象 , 以探索饱和一元脂肪醇作相变蓄热材料的可能性。
平均值
试验熔解热/(J/ g) 80.634 79.905 79.882 80.515 80.234
标准偏差/ % 0.512 -0.396 -0.425 0.364 0.014
由标定结果可见 :微量量热计的平均标准偏差为 0.014 %, 仪器可以进行 PCM 测定研究。 3.3 十八醇熔化热的测定结果与讨论
表 3 十八醇四次熔化热数据表 T able 3 Fusion heat information of 1-o ctadecanol
试验序号 1 2 3 4
平均值
试验熔解热/(J/ g) 245.78 241.03 243.91 240.68 242.85
水平误差/ % 1.21 -0.75 0.44 -0.89 0.82
将计算机采集到的十八醇的熔化实验数据进行
处理 , 可有图 4 所示的热流率曲线。
图 4 十八醇的热流率曲线 Fig .4 Heat flow curve of 1-octadecanol
对十八醇进行四次同试验水平条件的热流率操作 ,处理得到熔化热值 , 见数据表 3 。可以看到 , 十八醇熔化热为 242.85 J/g , 而文献[ 8] 为 250.3 J/ g 。原因在于试验中的十八醇样品纯度虽达到 99.0 %, 但其微量杂质的影响却是不可忽略 , 影响到了十八醇的熔化热的测定结果。
相关因数
0.973 0.947 0.965 0.951 0.959
图 1 十八醇的步冷曲线 Fig .1 Cooling-curve of 1-octadecanol
国际上曾有关于 DTA , DSC 方面的热分析数据处理的标准 , 但未见到步冷曲线分析方面的具体规定。本研究中提出如下方法 :以图 2 作为步冷曲线
据热电势与热流率的关系 , 可得到热流率随时间的
变化关系。在绘制的热流率曲线图形中 , 横轴表示
时间 , 纵轴则表示热流率。此时在热流率曲线上热流率与时间曲线将出现与水平基线的偏离。基线与
曲线两者围成的面积示意相变过程所消耗的能量 ,
其数值大小可借助于数学软件的积分得到
∫∑ ΔmH =mA τ i ε(t i -t e)dτ
就有机物而言 , 可以见到以石蜡[ 4] 和脂肪酸[ 5] 为蓄热材料的研究报道。以多元醇作为蓄热材料的研究国内曾有涉及[ 6] 。尽管有为数不少的前人研究工作及方法可供借鉴 , 然而没有见到用饱和一元脂肪醇类物质作蓄热材料的研究。合适的相变温度、高熔化热、过冷度小、重复相变的稳定性好、无毒、无腐蚀性等特性是醇类 PCM 的候选依据。
79.897J/ g)。本研究使用的标准物由上海化学试剂公司生产。
基于上面介绍的实验方行的熔化量热实验 , 获得测定结果列
于表 2 。
表 2 镓的熔解热实验数据 T able 2 Fusion heat information of G a
试验序号 1 2 3 4
池里的样品不发生相变 , 样品池和参考池的热电势
将会是相同值 , 即示差热电势等于零。相反地 , 如果
发生了相变 , 示差热电势就会大于或小于基线的热
电势。此时数据采集系统可连续采集出热电势与时
间(或温度)的一系列瞬时数值。在数据采集模式
里 , 设定采集时间间隔为 20 s, 采集点数为 1000 。根
引言
相变材料(Phase Change Material , PCM)是指在一个相对稳定的温度下发生相状态转变时 , 能吸收或释放大量热的材料。比起利用物质显热蓄热的方式 , PCM 的蓄热密度要高得多。
早期对于相变材料的研究主要集中在无机共晶盐[ 1] , 美国的 Pipe System Inc .和 Solar Inc .分别利用 CaCl2·6H2O 和 N a2SO 4·10H2O 作相变材料来有效地贮存太阳能[ 2] 。东京理科大学的工业和工程化学系的 Yoneda 等人研究了一系列可用于建筑物取暖的共晶盐水合物 , 从中筛选出性能较好的 M gCl2·6H2O 和 M g(N O3)2·6H2O 共晶盐(融点 59.1 ℃)[ 3] 。共晶盐材料存在过冷度偏大以及周期操作下的热稳定性问题。即使添加了成核剂和分散剂 , 仍无法有效解决 , 限制了共晶盐的应用。
DO I :10.13543/j .cnki .bhxbzr .2004.03.005
第 31 卷第 3 期 2004 年
北京化工大学学报 JO U RNA L OF BEIJING U NI VERSIT Y O F CHEM ICA L T ECHN OLO GY
Vol.31 , N o .3 2 00 4
(4)
式中 , ΔmH 为熔化热 , J/ g ;m 为 PCM 质量 , g 。
3.2 仪器的标定
在熔化热正式测试开始之前 , 选择镓(Ga)为标准物 , 对微量量热计的精确性进行了标定验证。
镓的质量分数为 99.999 %, 相对原子质量为
69.72 , 熔解热为 80.223 J/ g (文献[ 7] 原始值为
根据记录的数据 , 可绘制温度与时间曲线 , 即步
第 3 期付江辉等 :饱和一元脂肪醇类相变材料的蓄热特性
· 19 ·
冷曲线。由于 PCM 的结晶析出实际并非在某一固定温度水平发生 , 所以在步冷曲线上表现出的结晶温度不是明显的“平台” 。基于试验记录 , 给出十八醇步冷曲线如图 1 。
4 热稳定性
热稳定性 , 是指相变材料经一系列的结晶-熔化过程后此时的热力学性质诸如相变热、相变温度、过冷度等的变化情况。当然 , 稳定性越好意味着可重复使用的次数越多。从经济性而言 , 稳定性好正意味着资金的节省。所以 , 这项参数对于工程应用的实际意义是很重大的。本试验中对稳定性进行考察 ,也就是将十八醇在 28 ℃的室温环境和 70 ℃的温度下进行 50 次反复结晶、熔化 , 过程完成后再对此时的材料作步冷曲线和热流率测定工作。图 5 给出了循环前后的两次热流率曲线在一个共同坐标系中的表示 , 表明十八醇样品经 50 次的冷热循环后 , 相变热的测量结果没有明显的衰减。
率常数 , W/ mV ;ε为热电率 , mV/ ℃;t i 为热电偶温度 , ℃;t e 为均热块温度 , ℃。
首先 , 将参考池和称量好的样品池分别放在量
热计的相应量热单元中。按操作顺序打开控制面板
的各按钮。设定程序控温器的温度上、下限和升温
速率 , 开启升温按钮 , 当量热计的温度升到低于样品
tm
=t 3
+t 4 2
同时定义过冷度为
(1)
Δt =t m -t 1 2.3 步冷曲线的测定结果与讨论
(2)
对十八醇作四次步冷试验 , 用上述的处理方法
得出的相关结果示于表 1 。取平均值得十八醇的凝固点为 57.12 ℃, 这与文献数据 57.85 ℃[ 7] 略有差
距。十八醇的过冷度为 0.01 ℃。表 1 中还给出了
3 热流率曲线的研究
3.1 实验设备与系统物质的热特性可借助量热计测取一定试验条件
下的热流率来实现。本研究采用了法国 SET ARAM 公司生产的 Calvet 型微量量热计 , 测定样品的熔化热。其测量灵敏度可达 1 μW 左右 , 样品池有效容积为 10 ～ 15 mL , 升温速率 2 ～ 50 ℃/ h , 实验温度范围为 -196 ～ 200 ℃。本研究的 Calvet 微量量热计及数据自动采集系统示意图见图 3(图中实线表示冷源流动路线 , 虚线表示电路信号)。此微量量热计在程序控温下 , 测量待测 PCM 和参比物的功率差与温度关系
图 2 步冷曲线数据处理示意图
Fig .2 Scheme of typical cooling-curve analy sis
分析的典型示例。取步冷曲线上曲率变化最大的两
个点(点 1 和点 2)之间的线段(试验点)作线性拟
合 , 得直线交曲线 AB 有点 3 和点 4 。定义发生液固
相变的凝固点温度为
表 1 十八醇的步冷曲线数据 T able 1 Cooling-curve information of 1-octadecanol
试验次数
1 2 3 4 平均值
凝固温度 tm/ ℃ 57.21 57.02 57.10 57.15 57.12
过冷度 Δ t/ ℃ 0.01 0.02 0.01 0.01 0.01
详细地 , 对 50 次疲劳试验后十八醇的热流率曲线处理 , 可得出熔化热为 242.41 J/ g , 与初次试验时的熔化热数据 242.85 J/ g 相比而言略有衰减 , 偏差