合金材料的相变与力学性能研究

含相变材料混凝土板隔热性能的实验研究术　

郑立辉　宋光森　翟爱霞　王　敏　（武汉工业学院化学与环境工程学院，武汉４３００２３）　［摘　要】采用实验方法对含相变材料混凝土的隔热性能进行研究。研究表明，在混凝土中加人相变　材料可提高其隔热性能，隔热效果与相变材料的加人量有关。　【关键词】复合相变材料；隔热性能　武汉是典型的夏热冬冷地区．夏季酷热，使用轻　质或轻重质复合墙材后，墙体的蓄热能力降低．夏季　建筑物的内表面温度较高．温度波动范围较大。连续　空调时．加气混凝土外墙的内表面温度波幅为１．５℃～　２．２℃．混凝土空心砌块加保温材料外墙的内表面温度　波幅为１．５℃～２．５℃．３Ｄ板外墙的内表面温度波幅为　２．０℃～３．０℃：在间歇性空调时．外墙的内表面温度波幅　比连续空调时约增加１℃：无空调自然通风情况下，轻　型结构外墙和屋顶的内表面使人明显地感到有一种　烘烤感Ⅲ　如果能在不显著增加重质材料在建筑中的　用量．或在轻质材料基础上大大增加围护结构的隔热　能力或蓄冷能力．则会使内墙表面温度峰值降低．减　少室内温度波动．从而达到节能的效果。相变材料具　有较大的贮存能量的能力．且在贮存能量的过程中具　有温度基本保持不变的特点　将相变材料用于建筑节　能是解决上述问题的途径之一　国内外相关学者曾对相变材料进行过一系列研　究　Ｋｅｄｌ和ｓｔｏｖａｌ［２Ｊ研究了将正十八烷浸入到墙板中　应用到被动式太阳房．第一次制成有相变性质的墙　板　ＰｅｉＰＰ０【，］研究了包含不同量相变材料的不同类型　的墙体结构的热力学行为　Ａｔｈｉｅｎｉｔｉｓ　Ｌ　ｌ等则设计了用　含相变材料石膏板做内撑的室外全尺寸测试房．石　膏板中含２５％（质量比）的硬脂酸酯，实验得到了石　膏板温度变化的非一维线性数值模拟．显示此材料　可在白天降低室内最高温度４ｃＩＣ　张东等研究了相　变储能混凝土的储能行为【５Ｊ：朱圣晓等研究了石蜡　

｝武汉市重点科技攻关项目（２００７１０４２１１２４）；湖北省科技攻关项目　（２００６ＡＡ１０１Ｃ２３）；建设部科研项目（ｏ６一Ｋ７—７）。　储能颗粒粒度分布与相变储能复合石膏板导热系数　的关系【６ｌ。　复合相变材料的热性能是其应用的基础．但在应　用上更为重要的是其热工性能．考虑到将相变材料用　于建筑隔热中．隔热指标主要是建筑围护结构内表面　温度，因而对其热工性能进行了测定分析．从实验角　度研究混凝土中加人复合相变材料后．对混凝土板状　材料内外侧表面温度的影响　１　实验材料与方法　粒状复合相变材料是由粒状膨胀珍珠岩真空浸　渍相变蜡，然后在表面涂覆环氧树脂制成的。其中，含　相变蜡的质量分数为４０％．相变蜡的相变温度为　３０℃．粒度约２ｍｍ　实验所使用的设备主要是计算机数据采集系统．　其采集单元主要由数据采集模块、数据转换模块构　成。热电偶模／数转换模块、通讯转换模块由台湾鸿格　科技股份有限公司生产　使用的数据采集软件为ＥＺ　Ｄａｔａ　ｌｏｇｇｅｒ。该软件界面友好、使用方便．数据记录总　时间、数据采集时间间隔可根据需要任意设定。实验　测试的材料由水泥、砂、珍珠岩及复合相变材料中的２　种或２种以上物质构成　板状材料的实验方法为：将水泥、砂、珍珠岩、粒状　复合相变材料制成厚度为２０ｍｍ、长宽各为１００ｍｍ的　混凝土板．在板两侧分别粘贴两支热电偶．在混凝土板　的单侧加热．在另一侧使用厚度为５ｃｍ的聚苯板作为　隔热材料以防止散热．分别测量记录表面温度随时间　的变化情况。板状材料实验中，外侧温度是指低温温度　侧表面温度．而内侧温度是指热源侧表面温度　２０１０年２期　・３１・

第４３卷第７期　２０１４年７月　当　代　化　工　Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｖｏ１．４３．ＮＯ．７　Ｊｕｌｙ，２０１４　改善石蜡相变材料导热性能的研究进展　戴琴，周　莉，朱月，黄飞　（辽宁石油化工大学化学与材料科学学院，辽宁抚顺１１３００１）　摘　要：近年来石蜡作为一种相变储能材料受到越来越多的关注，由于石蜡ＰＣＭ本身的导热系数偏低，　导致储能系统在吸热或放热过程中的有效热率极低，热量无法快速有效地进行存储和释放。因此，提高石蜡ＰＣＭ　的导热系数成为了近年来的研究重点。主要从翅片结构、组合相变材料、复合相变材料、相变材料微胶囊化这　几个方面总结了在改善石蜡ＰＣＭ导热性能方面的国内外研究状况。　关键词：石蜡；相变材料；导热性能　中图分类号：ＴＥ　６２６．８　文献标识码：　Ａ　文章编号：　１６７１—０４６０（２０１４）０７—１２５７—０３　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　Ｐａｒａｆｆｉｎ　ＰＣＭ　ＤＡＩ　Ｑｉｎ，ＺＨＯＵＬｉ，ＺＨＵ　Ｙｕｅ，ＨＵＡＮＧ　Ｆｅｉ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｓｈｉｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｆｕｓｈｕｎｌ　１３００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ｐａｒａｆｆｉｎ　ａｓ　ａ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｒｅｃｅｉｖｅｄ　ｍｏｒｅ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｐａｒａｆｆｉｎ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｓ　ｌｏｗ，ｗｈｉｃｈ　ｌｅａｄｓ　ｔｏ　ｌｏｗ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｈｅａｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｕｒｉｎｇ　ｓｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｅｌｅａｓｉｎｇ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｅｎｅｒｇｙ，ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｃａｎ’ｔ　ｂｅ　ｓｔｏｒｅｄ　ａｎｄ　ｒｅｌｅａｓｅｄ　ｑｕｉｃｋｌｙ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｐａｒａｆｆｉｎ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ａ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｅｍｐｈａｓｉｓ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｐａｒａｆｆｉｎ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　ｗｅｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ｆｒｏｍ　ｓｅｖｅｒａｌ　ａｓｐｅｃｔｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｆｉｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｐａｒａ衢ｎ：Ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ；Ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　温室效应、急剧加重的环境污染和燃油价格上　涨等，极大地推动了能源存储有效利用的研究。能　源存储不仅能够减少供给和需求之间的不平衡，而　且还可以提高能量系统的性能和可靠性，它在存储　能量方面起着很重要的作用。相变材料Ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ＰＣＭｓ）是近年发展起来的一类高新技术材　料，在其相变过程中产生吸热和放热效应可进行热　能储存和温度调控。有机类相变储能材料具有无过　冷及析出、性能稳定、无毒性、无腐蚀性等优点，　在储能领域受到研究者的广泛关注。目前使用最多　的有机相变材料是石蜡，其相变潜热量大、相变温　度范围广、价格低的优点，使其在相变储能材料中　应用较为广泛。但石蜡类有机ＰＣＭ仍存在导热系数　小的缺点，因而有效克服其缺点，改善相变材料的　应用，一直是石蜡相变材料领域的研究热点　。　本文主要从翅片结构、组合相变材料、复合相　变材料、相变材料微胶囊化方面总结了在改善石蜡　相变材料导热性能方面的国内外研究状况。目前，　改善石蜡ＰＣＭ导热性能的方式主要有以下几个方　面”　。　１改善石蜡ＰＣＭ导热性能　１．１　翅片结构改善导热性能　翅片结构用于石蜡ＰＣＭ中主要是为了扩大传　热面积，减少热边界层厚度以降低热阻，进一步改　善石蜡ＰＣＭ的导热性能。　凌空　等采用有限体积法并选用石蜡ＲＴ５４相　变材料对带有环状翅片的管式相变储热器的蓄热过　程进行了数值模拟，发现对传热速率产生主要影响　的因素是翅片间距，翅片厚度对其影响则较小。迟　蓬涛［６】等制作了翅片厚度分别为Ｏ．５、０．８和１．０　ｍｌｎ　的翅片一泡沫铜／石蜡，其等效导热系数达到１１．４　Ｗ／（ｍ，Ｋ），而且在相同热流密度下，相对于未采用　翅片的装置来说采用翅片的装置热源与散热面的最　大温差降低７３．２％～９０．０％。Ｆ　Ｔａｌａｔｉ［７１研究了横向金　属翅片位于矩形存储内部时施加恒定热流于垂直壁　面相变材料的凝固过程，证明了翅片的数量、长度、　间距能够影响相变材料的导热性能。　基金项目：　辽宁省自然科学基金资助项目，项目号：２０１　３０２００７９。　收稿日期：２０１　３—１０—１　６　作者简介：戴琴（１９９０一），女，湖南常德人，在读硕士，辽宁石油化工大学分析化学专业，研究方向：石蜡储能相变材料。Ｅ－ｍａｉｌ　ｘｉａｏｑｉｎ９００６１９＠ｌ６３．ｃｏｒｎ。　通讯作者：周莉（１　９７０一），女，教授，博士。

助　能　材　料　２００７年增刊（３８）卷　

相变材料的复合及其调温性能研究　

李桦　，一，马晓光　，一，李俊升　，２　

（１．天津工业大学材料科学与化学工程学院，天津３００１６０；　

２．天津工业大学改性与功能纤维天津市重点实验室，天津３００１６０）　

摘要：　为了进一步拓宽相变材料的应用范围和使用　

价值，开发新型储能材料，采用“溶胶．凝胶”工艺制备　

出不同相变材料Ａ质量分数的复合相变材料。运用　

ＤＳＣ、ＴＧ、ＤＴＧ、ＩＲ以及偏关显微镜等手段对复合材　料的热性能及结构进行了测试和分析。结果表明，复合　

相变材料的相变焓及相变温度随相变材料Ａ质量分数　

不断增加而增大，复合后材料的相变焓及相变温度均低　于纯相变材料的相变焓及相变温度。红外显示二氧化硅　

和相变材料之间仅仅是嵌合关系。偏光照片显示复合材　

料表面有多孔结构，材料被嵌入二氧化硅网络结构中，　

从而改善了固．液材料相变过程泄漏问题，提高了材料　

稳定性。　

关键词：　溶胶一凝胶法；复合：相变材料；储能；纳米　

二氧化硅　

中图分类号：ＴＫ　５１２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１．９７３１（２００７）增刊．３１６４．０４　

ｌ　引　言　

目前，蓄热技术成为最具吸引力的热能利用技术之　

一【１】，在研制节能建材和构件、开发新型日用品方面有　

着很重要的意义。所采用的相变材料（ＰｃＭ）主要有无　机和有机两大类。绝大多数无机相变材料具有腐蚀性而　且在相变过程中具有过冷和相分离等缺点，影响了其蓄　热能力；而有机相变材料虽然腐蚀性小、在相变过程中　

几乎没有过冷和相分离的缺点，且化学性能稳定、价格　便宜，但有机相变材料一般在相变过程中会显液态，且　导热系数低，从而限制了其使用范围及降低了储能效　

率，因此，研制新型蓄能复合相变材料是人们研究的热　点和难题。如用有机相变材料包裹在高分子材料的空间　网络结构内，形成定型的复合相变材料【２　】。　近年来，采用溶胶．凝胶法制备有机，无机复合相变材　

・１９２８・　化　工　进　展　

ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　ＡＮＤ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＰＲＯＧＲＥＳＳ　２０１５年第３４卷第７期　

用于功能热流体的相变材料微胶囊力学性能研究进展　

李建立，刘录　

（北京石油化工学院机械工程学院，北京１０２６１７）　

摘要：相变材料微胶囊悬浮液用作传热流体时，具有传热温差小、载热密度高、储放热时间短等突出优点，但　

在研究和应用实践中常发现微胶囊经若干次泵送循环后严重变形、塌陷甚至破损，引起相变物质泄漏、聚结、　

黏壁、堵塞管路等后果，使体系性能显著恶化。为使这种悬浮液性能更稳定、循环寿命更长，本文综述了从微　

胶囊自身力学性能和循环流动稳定性两方面开展的实验和理论研究工作进展，认为微胶囊自身力学性能是影响　

其循环稳定性的内因，泵送作用是导致微胶囊破裂的主要外因。总结了两方面研究存在的问题，指出相关研究　

应朝规范测试表征方法、拓展研究客体范围、充分利用数值模拟技术等方向发展，使该领域的研究更加深入。　

关键词：相变材料微胶囊；力学性能；纳米压痕法；显微操作法；破损率　

中图分类号：ＴＱ　３１７．３　文献标志码：Ａ　文章编号：１０００—６６１３（２０１５）０７—１９２８—０５　

Ｄｏｈ　１０．１６０８５￣．ｉｓｓｎ．１０００－６６１３．２０１５．０７．０１９　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｍｉｃｒＯｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ　ｐｈａｓｅ　

ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｆｌｕｉｄ　

ＬＩＪｉａｎｌｉ，ＬＩＵ　Ｌｕ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０２６１７，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｈｅｎ　ｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ（ＭｉｃｒｏＰＣＭ）ｓｌｕｒｒｙ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓｆｅｒ