微胶囊相变材料储热_释热特性及传热过程强化

进行相变转换，而壁材仍然维持着固体外会在芯材液滴的外表面进行聚合反应制备本论文详细介绍了制备微胶囊相变观，从而便于别的基体与相变材料微胶囊分子量相对较低的预聚体，当其尺寸不断材料的四种常用方法，包括喷雾干燥[1]增大后，其会在芯材表面进行聚集，因为复合。

当前，相变材料微胶囊已经成为法、原位聚合法、界面聚合法及复凝聚聚合过程一直在不断进行，所以最终其会了各国科学家们的研究重点，其在纺织、法。

此外，还系统阐述了相变微胶囊材形成固体外壳覆盖在芯材液滴表面上。

太阳能贮存以及节能建筑材料等领域得到料在不同领域的应用，包括纺织领域、[7][4]Zhang等通过原位聚合法分别合成了以了广泛的应用。

太阳能贮存材料领域以及节能建筑材料蜜胺-甲醛-脲聚合物为壳，正二十烷、2 微胶囊相变材料的制备领域。

正十九烷和正癸烷为芯材的相变材料微胶2.1 喷雾干燥法[8]喷雾干燥法是指将壁材和芯材进行混囊。

Masato Tanaka等通过原位聚合法制1前言合后，加入冷却或者加热装置中，使其去备了一种新型的贮能材料，该材料的平均煤、石油等不可再生资源的快速消除溶剂进行凝固从而获得微胶囊的方法。

直径在30 μm~50 μm之间。

耗，使开发可再生能源技术和新能源技术通常，首先把壁材在适当的溶剂中进行溶以及节能技术成为了全世界人民关注的热[1]解，之后将芯材加入到壁材溶液中进行乳点问题。

由于自身不可替代的优势，将化，最后再进行喷雾干燥。

喷雾干燥法具相变材料进行微胶囊化已经成为有效解决有产品质量优良、生产成本低、操作方法能源危机的一个重要途径。

灵活等优势，其具体操作流程见图1。

将相变材料的微胶囊化技术是指在相变芯材在壁材溶液中进行分散从而获得水包材料所构成的微粒表面包裹一层性能结构图2 原位聚合法合成微胶囊油或者油包水型乳液，该乳液在气流雾化稳定的薄膜从而形成具备核壳结构的微胶 2.3 界面聚合法的作用下被分散为液滴，并均匀分布在热囊的过程。

强化传热技术的原理及应用实例传热技术广泛应用于各个领域，包括发电、工业生产、环境控制和家庭生活等方面。

随着科技的不断发展，传热技术也在不断更新和完善，其中强化传热技术被认为是一种高效、节能的传热技术，得到了越来越多的应用。

一、强化传热技术的原理强化传热技术是指在传热过程中通过改变传热界面的形态或热介质的流动来提高传热效率的一种方法。

其主要通过增大传热界面的面积或者提高传热过程中的传热效率来实现强化传热。

具体来说，强化传热技术可以分为以下几种类型：1. 内部强化传热技术内部强化传热技术主要是通过改变流体流动方式来提高传热效率。

常见的方法包括增加流速、改变流动方向、引入强制对流以及改变传热介质的物性等。

这些方法可以增强壁面的传热效率，减少传热过程中的局部热阻，提高传热效率。

2. 外部强化传热技术外部强化传热技术则是通过在传热表面上引入一定的扰动来增大传热界面的面积，从而提高传热效率。

常见的方法包括在传热表面上安装翼片、鳍片等结构以及改变传热表面的形状等。

这些方法可以强制流体沿着传热表面运动，增加热传递的表面积，提高传热效率。

3. 相变强化传热技术相变强化传热技术是指通过改变传热介质的相变状态来提高传热效率的一种方法。

常见的方法包括利用相变材料的相变热来增加传热介质的热容量、引入超声波等对相变过程进行控制等。

这些方法可以提高相变介质的传热效率，从而提高传热效率。

二、强化传热技术的应用实例1. 飞机发动机冷却飞机发动机的高温环境对于发动机的正常运行至关重要。

传统的发动机冷却方式是通过空气流动来降低温度，但是这种方法无法在高速飞行时提供足够的冷却。

因此，强化传热技术被应用到了发动机冷却中，通过引入冷却介质的流动和内部强化传热技术来提高冷却效率，从而保证发动机在高温环境下正常运行。

2. 化工反应器化工反应器在工业生产中扮演着重要的角色，而其中的传热过程对于反应器的效率和稳定性也至关重要。

利用外部强化传热技术，可以将反应器表面增加摩擦力，增大传热面积，提高传热效率。

相变材料微胶囊在建筑材料中的应用相变材料应用于建筑的研究开始于1982年，由美国能源部太阳能公司发起。

1988年起由美国能量储存分配办公室推动此项研究。

Lane 在其著作《太阳能储存———潜热材料》一书中对20世纪80 年代初以前相变材料和容器的发展作了总结。

20世纪90年代以相变材料处理石膏板、墙板与混凝土构件等建筑材料的技术发展起来了，随后，相变材料在石膏板、墙板与混凝土构件的研究和应用得到了发展，主要目的是增强轻质结构的热容。

美国Neeper估计相变墙板能转移居民空调负荷中90%的显热负荷到用电低谷期，可降低30%的设备容量。

Oakbridge 国家实验室在1990年得出结论：在太阳房中，相变墙板能明显降低附加能量的消耗，回报期大约是5年。

日本的Kanagawa大学和Tokyo Denki大学的研究人员对相变墙板的储热性能进行了研究。

他们得出了相变墙板的使用使得热负荷更加平缓，辐射域更加舒适，用电量下降，有消减峰负荷的可能的结论。

国内对相变建筑材料的研究起步较晚，张寅平研究了无水乙酸钠和尿素的共混物，其相变温度在28～31℃。

同济大学则主要以工业级的硬脂酸丁酯为相变材料进行建筑节能混凝土材料的研究。

近两年，北京广域相变科技有限公司与国内几家顶尖的专题研究相变材料的高校结合，共同研制相变材料微胶囊，为相变材料在建筑保温材料中的应用开拓了更广阔的天地。

相变材料微胶囊是相变材料装入直径1~500μm的微小容器内（图一）。

微胶囊通常为球形外观，其中，外层的裹附材质我们成为囊壁，囊壁多采用无机或有机高分子材料，在特殊条件下也可以用金属材料，内部的相变材料被称为囊芯。

采用微胶囊对相变材料进行封装这一技术，近年来得到了国内外专家们的广泛关注，相变材料做成微胶囊再遇建筑材料掺混有以下优点：1、可增大相变材料热传递过程中的表面积和传导率。

2、相变过程在微胶囊内完成，可极大的消除“相分离”现象。

3、提高相变材料的稳定性，降低一些相变材料的毒性和挥发性。

强化传热的可能途径以强化传热的可能途径为标题，我将为您写一篇800字的文章。

传热是热力学中的重要概念，指的是热量从高温物体传递到低温物体的过程。

在工程实践中，我们经常需要强化传热，以提高传热效率或满足特定的传热需求。

下面将介绍一些可能的途径来强化传热。

第一种途径是增加传热表面积。

传热的速率与传热表面积成正比。

因此，通过增加传热表面积，可以增强传热效果。

这可以通过采用复杂的传热表面结构，如翅片或螺旋状结构，来实现。

这些结构可以有效地增加传热表面积，提高传热效率。

第二种途径是增加传热介质的流动性。

传热介质的流动性对传热效果有重要影响。

当传热介质流动时，会带走物体表面的热量，并迅速将热量传递到周围环境中。

因此，通过增加传热介质的流速或改变流动的方向，可以增强传热效果。

例如，在散热器中，我们通常会采用风扇来增加空气的流动性，加速热量的传递。

第三种途径是改变传热介质的物理性质。

传热介质的物理性质对传热效果有重要影响。

例如，将传热介质的热导率增加，可以加快热量的传递速度。

这可以通过在传热介质中添加导热剂或改变其化学成分来实现。

另外，改变传热介质的比热容量，可以增加传热介质吸收或释放的热量量，进而强化传热效果。

第四种途径是利用辐射传热。

辐射传热是通过电磁辐射的方式传递热量的。

辐射传热不需要介质的存在，可以在真空中传递热量。

因此，利用辐射传热可以在传热介质无法到达的地方进行传热。

例如，太阳能集热器就是利用辐射传热原理，将太阳辐射能转化为热能。

第五种途径是利用相变传热。

相变传热是指物质在相变过程中吸热或放热的现象。

相变过程中，物质的温度保持不变，但热量的传递仍然发生。

利用相变传热可以在传热介质中储存大量的热量，提高传热效率。

例如，蓄热材料可以在低温时段吸收热量，在需要时释放热量，实现能量的高效利用。

第六种途径是利用传热增强剂。

传热增强剂是一种能够改变传热界面特性的物质。

通过在传热界面上添加传热增强剂，可以改善传热界面的热阻，提高传热效果。

原位聚合法制备相变微胶囊引言相变材料(PCM，phase change material) 在相变过程中能够储存或者释放大量热量，可用于热能储存和温度调控。

相变材料的应用主要可以分为两个方向：一是利用其相变时的潜热，把它与传热流体混合，提高传热流体的热容，用于热量传输、冷却剂等；二是利用其相变温控特性，将其应用于纺织品[1]、建筑物、军事目标等，提高热防护性或者调节温度。

例如将相变材料加入到建筑材料中制成储能建材，利用太阳能和季节温差能等再生能源, 可以降低建筑物室内温度波动, 有效利用低峰电力削峰填谷, 降低能源支出，提供健康舒适的室内环境[2]；如果将相变微胶囊悬浮在液体介质中, 形成一种二元潜热型悬浮液，将这种具有大热容的二元潜热型悬浮液作为电子设备的冷却液，能够提供10～40倍于一般流体的等效热容，在相同冷却功率的要求下，冷却系统所需的泵功耗、冷却液流速及热沉体积均可大幅减小。

本实验以硬脂酸丁酯为相变材料，蜜胺树脂为壁材，通过原位聚合法制备相变储能微胶囊，采用光学显微镜、红外光谱等表征微胶囊的表面形态和结构特征，采用DSC测定其热性能。

本研究性实验着重于制备工艺的优化，以改善相变微胶囊的储热性能。

通过本实验，了解了微胶囊的制备方法，理解并掌握原位聚合法制备微胶囊的实验原理和实验技术，探索制备条件对微胶囊结构与性能的影响，并尽可能优化制备工艺。

1.实验方法1.1仪器与试剂三聚氰胺，37%甲醛，三乙醇胺，十二烷基苯磺酸钠，十二烷基硫酸钠，十六烷基三甲基溴化铵，司班80，盐酸，柠檬酸，氯化铵，硬脂酸丁酯（芯材）；匀质机（乳化搅拌机），电动搅拌机（数显可控搅拌仪），超声波振荡仪（一台），光学显微镜。

1.2微胶囊的制备（1）MF预聚体的制备在三口烧瓶中, 以2：1摩尔比混合甲醛（4mL，37%）和三聚氰胺(2.30g), 20mL水，在70 ℃下充分溶解，用三乙醇胺调节pH值到9.0左右，在68℃下搅拌反应至三聚氰胺完全透明后，继续搅拌反应10分钟, 得到MF预聚体水溶液，将此溶液倒入锥形瓶中室温放置。

传热的强化途径简述换热器广泛运用在化工，制药，冶金，能源，石油，动力等工业领域在生产中占有重要的地位，在一般的化工工业建设中，换热器建设投资金额往往可以占到总工业建设投资的10%~20%，目前在化工领域我国的能源利用率与发达国家仍有较大的差距，这与目前我国发展的绿色化工方向有所不符，因此如何强化传热便成为化工生产实践中必须要骄傲考虑的大问题。

以下我将从换热器原理出发，分析影响换热器换热效率的较大因素，并通过查询文献对这些问题给出较为可行的意见，同时对未来可能发展做出展望。

一、影响换热的主要因素目前化工生产中的换热器多为间壁式换热器，通常而言，间壁式换热器冷、热流体的传热进程主要含有三个阶段，一，基于对流方式使热量向管壁进行传递；二，通过热传导方式，让热量从管壁一侧向另一侧完成传递；三，传递到另一侧位置的热量又通过对流方式向冷流体实现传递。

间壁换热器换热的三个步骤里，热传导存在于管壁内部其热阻相对较小，进而不会对传热造成较大影响。

总结可得，在换热器的传热过程中对与换热影响较大的为对流传热。

影响对流传热速率因素包括多个方面，一，流体本身性质，由于流体的粘度，导热系数，热容，密度等都不相同，故不同流体流经同样的换热器其导热速率也不尽相同。

二，流动形式，流体在换热管路中的流动大致可以被分为两种形式，层流与湍流，层流形态中起导热作用的中介主要为流体分子，而湍流中起导热作用的主要中介为流体质点与流体微团，由于质点与微团热运动剧烈程度要比流体分子高许多，因此湍流时流体的热阻要比层流时的热阻小得多。

三，流体种类与相变，若流体传热过程中发生相变化其传热机理将发生变化，这也将体现在流体的传热系数的差异上。

四，传热面位置、形状及大小，包括板，管，翅片以及环隙等在内的传热面的形状、管径与管长等都为影响传热速率因素。

传热面布置与方位等均会使对流传热系数备受直接影响。

五，流体流动成因，流体流动可被分为强制对流和自然对流，在化工生产中一般采用泵等做功设备使流在换热器内发生体强制对流，强制对流传热系数比自然对流要高得多。

蓄热罐内熔融盐相变蓄放热规律及其热管传热强化研究
蓄热罐是一种利用熔融盐相变的储能设备，通过将热能转化为盐的相变热进行储存，并在需要时释放热能。

蓄热罐内的熔融盐是一种具有良好热导性和热容量的介质，能够在相变过程中吸收或释放大量的热能。

蓄放热规律是指蓄热罐内熔融盐在吸热和放热过程中的行为。

在吸热过程中，熔融盐吸收热量并发生相变，储存了热能；在放热过程中，融化的盐返还相变热，释放储存的热能。

这个过程可以通过控制熔融盐的相变温度和熔点来实现。

热管传热强化是一种通过改善热管结构，提高热管传热性能的方法。

热管是一种通过蒸发、凝结和液体返回的循环过程来传递热量的传热器件。

在蓄热罐内，热管可以被用来增强熔融盐的传热性能，提高蓄热罐的储能效率。

研究表明，通过在熔融盐中添加纳米材料或采用微结构设计的热管，可以显著提高熔融盐的相变蓄放热性能。

例如，在熔融盐中添加纳米粒子可以增加盐的热导率，提高热能的传递效率；采用纳米表面涂层或多孔载体的热管可以增加热管的传热面积，进一步提高传热效果。

因此，研究蓄热罐内熔融盐的相变蓄放热规律及其与热管传热强化的关系，对于提高蓄热罐的储能效率、延长设备寿命和节约能源具有重要意义。

微胶囊相变材料的研究进展申天伟;陆少锋;辛成;李朝龙【摘要】微胶囊化相变材料的研究及应用近年来受到了国内外学者的广泛关注,目前已成为储能领域的研究热点.本文主要介绍了微胶囊技术以及微胶囊相变材料的组成,重点对原位聚合和界面聚合两种制备微胶囊相变材料的方法进行了介绍,总结了微胶囊相变材料在纺织、建筑和其它领域的应用情况,并对其未来发展进行了展望.【期刊名称】《纺织导报》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】5页(P69-73)【关键词】微胶囊;相变材料;制备方法;应用【作者】申天伟;陆少锋;辛成;李朝龙【作者单位】西安工程大学纺织与材料学院;西安工程大学纺织与材料学院;西安工程大学纺织与材料学院;西安工程大学纺织与材料学院【正文语种】中文【中图分类】TB34相变材料由于在储能方面具有良好的控温性能，已广泛应用于纺织、建筑材料和其它控温应用领域。

但热传导效率低这一缺点限制了其储能系统中能量的提取和利用，因此通过对相变材料进行封装，增大其比表面积，可提高传热效率。

微胶囊化相变材料是利用微胶囊技术将相变材料包裹在壁材内，与传统相变材料相比，其粒径小，具有较大的比表面积且有更好的热传递效果。

此外，微胶囊的核壳结构还可以起到保护相变材料的作用，防止其挥发泄漏。

因此，实现固-液相变材料的宏观固化，拓宽相变材料的应用领域，提高其传热和使用效率，具有重要的研究价值。

1.1 微胶囊技术微胶囊相变材料就是利用微胶囊技术，通过物理或化学的方法将具有特定相转变温度的相变材料进行包覆，形成微米级的胶囊结构。

相变材料的微胶囊化解决了其泄漏、相分离及腐烛等问题，提高了材料的稳定性；同时，由于壳材较薄，胶囊粒径较小，材料的传热性能和加工性能得到了明显改善。

1.2 微胶囊相变材料的组成目前，已经微胶囊化的相变材料以石蜡烃类为主，其它相变材料的研究相对较少。

在一些建筑中，不同熔点的石蜡得到了广泛应用，这主要是由于纯烷烃的价格较高，而石蜡的价格较低，更易获得用户的青睐。

第 12 卷第 12 期2023 年 12 月Vol.12 No.12Dec. 2023储能科学与技术Energy Storage Science and Technology三元硝酸盐@二氧化硅微胶囊相变材料的制备及其性能研究水潭，吴玉庭，李传，李琦（北京工业大学环境与生命学部，传热强化与过程节能教育部重点实验室及传热与能源利用北京市重点实验室，北京100124）摘 要：针对当前无机熔盐相变材料在中低温储热领域研究的不足，本工作开发制备出一种相变温度为150～220 ℃的多元熔盐相变微胶囊复合材料，并对其微结构和热物性进行观察表征。

本工作首先进行三元混合硝酸盐的制备，STA测试结果表明纯三元盐的熔融点为156.04 ℃，相变潜热为95.5 kJ/kg，分解温度达到626.3 ℃；之后在其基础上利用凝胶-溶胶法进行熔盐胶囊化封装，采用SEM-EDS、FT-IR、XRD和DSC等手段对微胶囊复合材料的微观结构、化学成分、晶体结构、物理化学兼容性和相变特性进行测试分析。

结果显示三元硝酸盐可被有效地包覆在二氧化硅壳体中，所形成的微胶囊材料粒径范围为10～40 µm，最高包覆率可达90.9%，微胶囊化后的熔融焓为86.81 kJ/kg，储热利用效率达78.36%，研究结果证明三元硝酸盐@二氧化硅微胶囊在中低温热能储存方面具有较高的应用潜力。

关键词：储能；相变材料；多元硝酸盐；微胶囊；中低温温区doi： 10.19799/ki.2095-4239.2023.0621中图分类号：TK 519 文献标志码：A 文章编号：2095-4239（2023）12-3595-10 Preparation and properties of ternary nitrate-@silica microencapsulated phase change materialsSHUI Tan, WU Yuting, LI Chuan, LI Qi(MOE Key Laboratory of Enhanced Heat Transfer and Energy Conservation, Beijing Key Laboratory of Heat Transfer and Energy Conversion, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)Abstract:This study focuses on the development of a ternary salt-based microencapsulation phase change composite by the sol-gel approach. This composite exhibited a melting temperature range of 150-220 ℃and could be effectively used for thermal energy storage.The thermophysical properties of the pure ternary nitrate salt were first evaluated. The salt exhibited a melting point of 156.04 ℃, latent heat of 95.5 kJ/kg, and decomposition temperature of 626.3 ℃. Then, the microencapsulated composite was fabricated and investigated based on the results of the pure ternary salt. Various characteristic methods, including scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, and differential scanning calorimetry, were employed to evaluate the thermal energy storage performance of the microencapsulated composite. The results indicated that the nitrate salt could be efficiently encapsulated by SiO2.收稿日期：2023-09-11；修改稿日期：2023-09-29。

关于简析强化传热技术及一些典型的应用由于生产和科学技术发展需要强化传热从80年代起就引起了广泛的重视和发展。

表现在设计和制造各类高性能热设备，航空，航天及核聚变等尖端技术，计算机里密集布置电子元件的有效冷却。

正是上述原因促使人们对强化传热进行及为广泛的研究和探讨，从80年代到现在近20多的时间里，世界各国的科学领域里，有关强化传热研究报告举不胜数。

一、强化传热技术的分类（一）导热过程的强化导热是热量传递的三种基本方式之一，它同样也存在着强化问题。

导热是依靠物体中的质量（分子，原子，或自由电子）运动来传递能量。

固体内部不同温度层之间的传热就是一种典型的导热过程，但固体之间接触存在着接触热阻，降低了能量的传递，在高热流场合下，为了尽快导出热量必须设法降低接触热阻，一般可采用以下方法：1、提高接触面之间光洁度或增加物体间的接触压力以增加接触面积2、在接触面之间填充导热系数较高的气体（如氦气）3、在接触面上用电化学方法添加软金属涂层或加软技术垫片（二）辐射换热的强化辐射换热普遍存在于自然界和许多生产过程中，只要物体温度高于绝对零度，它就能依靠电磁波向外发射能量，所以物体之间总是存在着辐射换热，在物之间温度差别不是很大的情况下，辐射换热可以忽略，但在高温设备中辐射却是换热的主要方式。

而影响辐射换热的因素主要有：表面粗糙度，固体微粒，材料。

（三）对流换热强化对流强化传热与流体的物理特性，流动状态，流道几何形状，有无相变发生以及传热壁面的表面状况等许多因素有关。

其中对流换热的有源强化又可分为：利用机械搅动加强流体与壁面间的传热，流体脉动和传热面震动时的对流换热，电磁场作用下的对流换热，经过多孔壁有质量透过时的壁面换热。

而对流换热的无源换热又可分为：管内插入物对传热的增强，涡旋流动的强化传热，添加物对流换热，流化床与埋管间的传热，射流冲击。

二、强化传热的途径在热设备中应用强化传热技术的目的一般有：（1）增加输热量；（2）减少换热面积和缩小设备体积；（3）降低载热剂输送功率的消耗；（4）降低高温部件的温度。

强化传热的途径及应用强化传热是指通过改变传热介质以及传热方式，提高传热速率和效率的技术手段。

在许多领域中，如能源、材料、环保、化工等，都有广泛的应用。

以下将详细介绍强化传热的途径及应用。

一、增大传热面积1. 翅片传热：通过在传热面上添加翅片，增大传热面积，提高传热效率。

翅片传热广泛应用于换热器、冷凝器等金属热交换器中。

2. 换热管束：将多根换热管进行编织、组合，形成换热管束，增大传热面积。

换热管束被广泛应用于提高换热器的传热能力，如汽轮机末级预热器、蒸汽发生器等。

二、改变传热介质1. 晶化传热：将传热介质改为固体晶体，通过晶体生长和相变的过程，实现传热增强。

晶化传热可以应用于冷却系统、冷凝器中。

2. 相变传热：利用传热介质的相变过程，实现传热的强化，如蓄热材料的相变传热可以应用于太阳能蓄热器，高温储热等领域。

三、改变传热方式1. 振动传热：通过对传热面的振动，实现传热方式的改变，振动传热可应用于换热器、蒸发器等领域。

2. 射流传热：利用高速射流对流体进行冷却或加热，实现传热效果的提高，射流传热可以应用于煤气轮机等领域。

四、应用实例1. 高效换热器：在化工、能源领域中，高效换热器被广泛应用于提高传热效率和能源利用率。

如换热管束、翅片传热技术等，可以用于提高工业锅炉、空气处理设备、石油化工等设备的传热效率。

2. 太阳能热水器：在太阳能领域中，太阳能热水器是一种利用太阳能进行加热的设备。

通过强化传热技术，如相变传热、晶化传热等，可以提高太阳能热水器的传热效率和热水供应能力。

3. 电子散热：在电子器件散热领域，通过振动传热、射流传热等技术手段，可以提高电子器件的散热效率，减小电子器件的温度，提高工作稳定性。

4. 超导体散热：在超导体领域中，超导体的制冷是关键的技术问题。

通过应用振动传热、相变传热等技术手段，可以提高超导体的制冷效率和稳定性。

总结起来，强化传热的途径及应用多种多样，涉及的领域广泛。

通过增大传热面积、改变传热介质、改变传热方式，可以提高传热效率和热交换设备的传热能力。

综述专论于娜娜* 高志谨 王晓敏 李杨摘要：微胶囊相变储能材料（MCPCM）是将微胶囊技术应用到相变材料中而形成的新型复合相变材料。

文章介绍了微胶囊相变材料及其结构组成、特性、应用领域、制备方法，并对其发展前景进行了展望。

关键词：微胶囊；相变储能材料；制备工艺中图分类号：TQ026 文献标识码：A 文章编号: T1672-8114(2012)02-009-05（中北大学　化工与环境学院，山西 太原030051）1 概述1.1 MCPCM定义相变材料是利用物质发生相变时需要吸收或放出大量热量的性质来储热[1]。

微胶囊相变材料（MCPCM）是应用微胶囊技术在固-液相变材料微粒表面包覆一层性能稳定的高分子膜而构成的具有核壳结构的新型复合材料，它是利用聚合物作壁材，相变物质为芯材制备的微小颗粒，具有储热温度高、设备体积小、热效率高以及放热为恒温过程等优点，利用MCPCM这种储热、放热作用，可以调整、控制工作源或材料周围环境的温度[2]。

在MCPCM中发生相变的物质被封闭在球形胶囊中，从而可有效解决相变材料的泄漏、相分离以及腐蚀性等问题，有利于改善相变材料的应用性能，并可拓宽相变蓄热技术的应用领域[3]。

相变材料在产生相变时能够吸收发热体的热量，使其温度不再升高或升高较小；当发热体不工作时，其温度降低，相变材料可以恢复原来的相结构，因此可以多次重复使用。

微胶囊相变储能材料制备工艺现状1.2 MCPCM的组成微胶囊粒子的形态多种多样，大多为球形，但也有更豆、谷粒及无定形颗粒等形状[4]。

微胶囊是直径在1~ 500μm的微小“容器”，它主要由囊芯和组成。

微胶囊囊芯可以是固体、液体或气体，可以由一种或多种物质组成。

囊芯应具有潜热大、无毒性、化学稳定性及热稳定性等特点。

目前，可作为微胶囊囊芯的相变材料主要有结晶水合盐和石蜡，此外还有直链烷烃、聚乙二醇、短链脂肪酸等[5]。

壁材通常是天然或合成的高分子材料或无机物，有单层和多层的。

相变材料传热强化的研究综述相变材料在蓄能技术中的应用展现了良好前景，但目前的部分有机相变材料存在着导热系数低的问题。

本文对近年来国内外针对相变材料的传热强化技术进行归纳分析，强化传热技术主要包括蓄能结构的优化、添加导热填料等强化方法，并探讨了未来相变材料强化传热的研究方向重点，认为相变材料的传热性能强化对提高整个蓄能系统的能效具有重要意义。

标签：相变材料；强化传热；导热系数；蓄热技术0 引言当今世界的能源的大量消耗，引起全球对节能减排的关注。

蓄能技术的研究和应用，已经成为开发新能源、提高能源利用率的关键技术，在风能、太阳能利用、工业余热废热的回收利用、空调节能等领域具有广阔的应用前景[1]。

热能是目前最为重要的能源之一，蓄热方式主要有三种：显热蓄热、化学反应蓄热、潜热蓄热3种[2]。

显热蓄热利用温度升降来蓄热，但蓄热密度小体积大且蓄热温度难以控制；化学反应蓄热利用化学反应的发生热蓄热，其技术复杂；潜热蓄热是通过相变材料相变时发生的吸热（放热）过程来储热（放热），其蓄热和放热过程近似等温，蓄热密度大且体积小[3]。

因此潜热蓄热方式容易控制运行，具有重要的实际应用价值。

潜热蓄热方式采用的相变材料（PCM - Phase Change Material）是指随温度变化而相变并能提供潜热的物质，在物理状态转变时，相变材料将吸收或释放大量的潜热，其过程温度近乎恒定且具有蓄熱密度高、蓄热结构体积小等优点[4]。

这些优点使得相变材料在太阳能利用和余热回收等方面都有十分广阔的应用空间。

但部分有机相变材料存在着导热率偏低的缺点，该不足导致蓄热系统传热性能较差，使系统的效率不高。

因此国内外都开始针对相变材料导热率低的问题进行了深入的研究。

1 蓄能结构优化1.1 肋片在蓄能系统中增加肋片，金属肋片能够增加额外的传热面积，增加流体热传导，是一种有效的强化传热的方法。

肋片一般为导热系数高的铜、铝等金属。

Bugaje[5]对20种低导热率的相变材料做了添加20%星状铝制肋片的研究实验，研究表明，铝制肋片增强传热效果明显，其蓄热时间减少2倍以上，放热时间减少4倍以上。

基于相变材料的储热器及其传热强化研究进展摘要：能源是人类文明进步的基础和动力，有关国家的生计和国家安全对于促进经济和社会发展至关重要。

能源的开发和利用促进了人类社会的发展和全球经济的繁荣，但也对人类生存所依赖的环境造成了严重破坏。

为促进人类全面生态文明建设和中国的可持续发展，中国向联合国大会发表了相关声明:力争到2030年达到二氧化碳排放高峰，力争到2060年实现碳中和。

实现零排放目标需要对中国目前的能源体系进行重大改革。

根据中国能源基金会发表的《2020年中国碳中和报告》，中国实现零碳净排放量的道路必须基于五项战略:可持续能源消费、电力部门碳中和、最终能源部门电气化、低碳燃料转换关键词：相变储热；储热器件；结构优化；传热强化引言利用清洁可再生的太阳能是解决环境污染和能源紧缺的途径之一。

然而，太阳能的间歇性和时空分布不均匀性易造成能源供需不匹配的问题。

储热（ThermalEnergy Storage,TES）技术能够缓解上述不足。

相较于显热储热（Sensible Heat Therma lEnergy Storage，SHTES）系统，采用相变材料（Phase Change Material,PCM）储热的潜热储热（Latent Heat Thermal Energy Storage，LHTES）系统具有储热密度大、储热过程几乎恒温、系统占地面积小等特点，被广泛应用于太阳能集热、绿色建筑、电子器件冷却、冷链运输等领域。

1相变储热器件结构分类目前来说，基于LHS的研究主要分为3个方面：一是使用高导热添加剂和多孔介质来增强PCM的导热性；二是改善传热流体(heattransferfluid，HTF)和PCM之间传热均匀性；三是储热器件层面的传热强化。

增强PCM的导热性主要是通过复合不同种类的PCM，提升复合材料的导热性能，拓宽PCM使用范围。

总结了LHSS中PCM强化技术的最近进展，目前国内外主要研究将高导电材料/颗粒用于PCM中，进而增加PCM的导热性，除此以外，级联布置PCM和复合多种PCM也是强化技术的热门研究方向。

气体水合物相变储能热质传递控制机理及强
化方法
气体水合物是一种由气体分子与水结合而成的物质，在低温高压下具有存储大量氧气、氢气等能源的潜力。

而气体水合物的相变储能则是将气体水合物在合适条件下转变为固态，将储存的能量以热能的形式释放出来。

对气体水合物相变储能的热质传递控制机理及强化方法的研究，对于太阳能、风能等不稳定能源的储存和利用有着重要的意义。

首先，需要研究气体水合物相变过程中的热质传递机理。

相变过程中热量的传递是一个非常重要的环节，只有通过合适的传热方式来控制温度变化，才可以完成相变储能过程。

因此，在研究控制机理时需要考虑液相和气相的热物性，以及气相与水合物的传热模式。

其次，基于控制机理的研究，需要进行相变储能的强化方法研究。

如何提高气体水合物相变的储能效率，是相变储能研究的重要课题。

在强化相变储能过程的方法研究中，我们可以考虑通过改变相变反应物质的组成、改变压力、温度等控制相变的过程，从而可以提高相变过程的储能效率。

最后，通过实验来验证相变储能的控制机理及强化方法。

在实验过程中可以选用常用的储能材料构造加热模型，用高精度测温仪和测压仪来测量温度和压力变化等数据，从而可以进行相变储能过程的仿真实验，并通过实验结果来验证相变储能过程控制机理及强化方法的可行性。

综上所述，气体水合物相变储能热质传递控制机理及强化方法的研究对于未来低碳领域的发展有着重要的意义。

在研究过程中，需要多方面探索、探究，并采用多种手段验证实验结果，从而为其实际应用提供更实际可行的技术支持。

相变微胶囊悬浮液传热性能的研究进展李晓燕;李凯娣;曲冬琦【摘要】相变微胶囊悬浮液作为一种潜热型功能流体,其独特的性能使其受到科研工作者的关注。

在回顾了现有相变微胶囊悬浮液传热性能的研究进展,对相变微胶囊悬浮液的导热性能、对流传热特性分别进行介绍。

讨论了悬浮液的体积浓度、雷诺数(Re)、斯蒂芬数(Ste)、努塞尔数(Nu)及无量纲过冷度等因素对相变微胶囊悬浮液换热能力的影响,以及相变微胶囊悬浮液管内换热特性。

本文针对相变微胶囊悬浮液中添加纳米粒子(纳米Al2 O3,纳米Fe,纳米TiO2)和磁性材料对其导热系数和强化传热的提升情况进行了讨论,并指出了目前研究存在的问题和今后研究的发展方向。

%As a new type of a latent functional thermalfluid,microencapsulated phase change material suspen-sion (MPCMS)has attracted much attention of researchers due to its unique properties.This paper reviews pre-vious studies and developments with regard to the heat transfer properties of a MPCMS.We analyzed the rela-tionship between several key parameters and heat transfer ability of MPCMS.These key parameters include the volume concentration of the suspension,the Reynolds number (Re),the Stefan number (Ste),the Nusselt number (Nu).We characterized both thermal conductivity and convection heat transfer,and we discuss how these properties can be significantly improved by adding nanoparticles (nano-Al2 O3 ,nano-Fe,nano-TiO2 )or magnetic materials.Furthermore,the key issues related to the heat transfer of MPCMS which needed to be solved in future were further pointed out.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2016(047)004【总页数】7页(P4033-4039)【关键词】相变微胶囊;传热性能;纳米材料;强化换热【作者】李晓燕;李凯娣;曲冬琦【作者单位】哈尔滨商业大学能源与建筑工程学院，哈尔滨 150028;哈尔滨商业大学能源与建筑工程学院，哈尔滨150028;哈尔滨商业大学能源与建筑工程学院，哈尔滨 150028【正文语种】中文【中图分类】TB34相变材料微胶囊悬浮液(microencasulated phase change materials suspension, MPCMS)是一种新型储热介质，由相变材料微胶囊(MPCM)颗粒和单相传热流体构成。

为了提高热导率，相变材料装在浅而大的盘状容器中；也可以将PCM装入有导热流体包围的小圆柱管中；或者是壳管换热器的壳中。

部分填充PCM的蜂窝结构，以及将PCM置于球状的塑料容器中（即相变胶囊），很好的解决了相变时体积变化导致泄漏、导热面积减小引起热阻增大的问题。

组合相变材料直接接触的换热器固—固相变材料水和盐与不溶流体的使用，扰动解决了PCM的过冷和相隔离的问题，而且微/纳胶囊较大的面积/体积比，使得导热率加强。

材料在固态、液态、气态中发生转变的过程叫做相变。

材料在相变过程中，会放热或者吸热，而物体会维持恒温。

而这种特性为我们热控制带来了福音。

相变材料是由多组分构成的,包括主储剂、相变点调整剂、防过剂、防相分离剂、相变促进相变材料的分类：按照其相变过程可分为固——固相变、固——液相变、固——气相变和液——气相变材料四种，目前应用较多的是固——液相变材料。

按照其化学组成可分为无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料。

无机相变材料包括结晶水合盐（可逆性不好）、熔融盐、金属合金等无机物;有机相变材料包括石蜡、羧酸、酯、多元醇等有机物;混合相变材料主要是有机和无机共融相变材料的混合物。

（多种相变材料混合可以获得合适的相变温度）三种各自的特点存在的问题：过冷、相分离、相变时体积变化、腐蚀容器、液相泄露；有机相变材料熔点低，易燃、导热率低。

近年来出现的产品：为解决固液相变时泄露和腐蚀，产生了胶囊相变材料，为增加表面积/体积比，微/纳米胶囊相变材料及其应用；定型相变材料综合了是将相变材料与高分子材料复合，既避免固-固相变材料潜热低的问题，又回避了固——液相变材料液体泄露的问题；金属泡沫相变材料等相变材料,应满足的要求有:合乎需要的相变温度;足够大的相变潜热;性能稳定,可反复使用;相变时的膨胀收缩性小;导热性好,相变速度快;相变可逆性好,原料廉价易得等。

改善相变材料导热性能的办法是，在相变材料中加人金属、陶瓷材料和热解石墨等导热系数高的填料，填料通常有以下结构形式:粉末、纤维、肋片及蜂窝；利用2种或者3种相变温度不同的材料按相变温度高低顺序进行放置，可得到合适的相变温度点，同时加快导热速度。

相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热特性实验研究的开题报告一、研究背景及意义能源紧缺和环境污染愈加突出的今天，采用PCM（相变材料）作为储热材料，对于太阳能、热泵和其他形式的集中供热系统得到广泛应用，是现代节能建筑的重要组成部分。

相变材料储热具有高储热密度、释放热量温度稳定、无潜在危险、低成本等优点，近年来，PCM储热技术在集热板和双曲面镜辐射器的热储存中得到了广泛应用。

本课题将研究相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热特性，该类型的储热系统能够更好地解决现有储热系统在储存效率和温度稳定性方面的问题，有很大的应用前景。

本研究不仅可以为PCM储热技术提供新的思路和方法，同时对于建筑节能、太阳能热利用系统等领域具有一定的指导意义。

二、研究内容和技术路线研究内容：1. 制备相变微胶囊悬浮液。

2. 构建相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热系统实验平台。

3. 研究相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热特性。

技术路线：1. 合成相变微胶囊。

2. 制备相变微胶囊悬浮液。

3. 构建相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热系统实验平台，设计相关实验装置及测量系统。

4. 进行自然对流换热储热实验，测量相变微胶囊悬浮液的内部温度变化及储热性能。

5. 对实验结果进行分析和处理，得出相关结论和建议，最终完成论文撰写和实验报告。

三、预期研究成果本研究将获得相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热特性的实验结果，并对系统在不同条件下的热传递机理、储热能力等方面进行分析和探讨。

预计将得到以下研究成果：1. 相变微胶囊的制备方法和性质表征。

2. 相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热特性实验结果及分析。

3. 相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热系统的优化设计和性能评估。

四、研究时间计划1. 第一年：项目开展前期调研工作，熟悉PCM储热技术和自然对流换热储热原理；制备相变微胶囊；设计相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热系统实验平台及测量系统。

2. 第二年：进行相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热实验，并进行数据处理和分析；撰写论文初稿。