热物性系数的研究

土壤导热系数的现场测定0 引言对于土壤源热泵系统的设计，无论是利用相关软件计算还是使用工程上简化计算公式，土壤的热物性参数都是土壤源热泵系统地下埋管换热器设计的一个重要参数，它的大小对钻孔深度与个数的有着显著的影响。

如果物性参数不准确，则所设计的系统可能达不到负荷需求，也有可能系统规模过大，从而大大增加系统的初投资。

所以研究的热点就集中在合理减少钻孔的深度和个数上，而这些都工作首先都需要确定土壤的热物性参数。

1 土壤热物性的测定方法目前国内外在确定土壤热物性参数时的设计方法主要有以下3种：1.1根据前期钻井获得的地质资料，通过查找土壤地质方面的手册进行确定如美国电力局（EPRI）编写的手册：Soil and Rock Classification for the Design of Ground-coupled heat pump Systems Field Manual；以及国际热泵协会（IGSHPA）编写的手册：Soil and Rock Classification Manual等。

由于这种手册给出的土壤物性参数并非一个确定值，而是一个可能存在的范围，系统设计人员在设计土壤换热器时，由于设计者的知识水平、经验以及设计估测保守程度等不同会存在很大的差异。

1.2实验室取样测试法这是较为经典的实验室方法。

此方法将现场采集的土壤试样在实验室中通过一定的方法进行测试，从而获得其导热系数等土壤的热物性参数值。

虽然通过此方法测量的土壤试样热物性数值较为准确，但是由于土壤属于多孔介质，其热物性不仅与地理位置以及当地地层构造有关，还与地下含水层密切相关。

已有结果表明【1】，仅土壤的导热系数就与试样的温度、密度、空隙比、饱和度等因素有关。

由于此种方法离开了原工程地，故而对现场因素造成的影响考虑不够全面。

1.3现场测试法顾名思义，现场测试法就是在施工现场进行测试，这样就避免了现场因素影响造成的误差。

这种现场测试利用的是热反应实验法的原理，即通过向地下输入恒定的热量，进而检测土壤的温度响应来估计土壤热物性的方法。

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应用于储热领域的混合钠基废盐热物性分析袁子鸥1，王峰1, 2，祁星朝1，张琦1，马瑞1（1内蒙古工业大学能源与动力工程学院；2内蒙古工业大学太阳能应用技术工程中心，内蒙古 呼和浩特 010051）摘要：近年来工业废盐的堆积量剧增引发一系列环境问题。

废盐的处置方法已成为制约废盐资源化利用的瓶颈。

针对以NaCl 和Na 2SO 4为主要成分的工业废盐(杂质离子包含钙、镁、钾等金属离子)，本工作提出利用钠基废盐作为储热材料的处置思路并对其热性能进行分析。

采用分子动力学方法，分析废盐中主要杂质对钠基盐体系热物性影响。

进一步通过高温熔融法制备二元钠基共晶盐NaCl-Na 2SO 4，分别添加质量分数为1%和5%的KCl 模拟含有微量K +废盐，研究其对混合盐热物性影响。

结果表明K +对钠基盐的热物性有显著提升，含有1%和5% KCl 的混合钠基盐相比二元钠基共晶盐的相变潜热分别提高了64%和60%，导热系数提高了2～3倍。

K +的存在有利于废盐热物性改善，为该类固废资源化利用提供了途径。

关键词：工业废盐；钠基盐；资源化；熔盐储热；热物性doi ： 10.19799/ki.2095-4239.2023.0684 中图分类号：TB 33 文献标志码：A文章编号：2095-4239（2023）12-3616-11Performance analysis of mixed sodium waste salts appliedin a thermal storage fieldYUAN Ziou 1, WANG Feng 1, 2, QI Xingzhao 1, ZHANG Qi 1, MA Rui 1(1College of Energy and Power Engineering, Inner Mongolia University of Technology; 2Solar Energy Application Technology Engineering Center, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051, Inner Mongolia, China)Abstract: The accumulation of industrial waste salts has significantly increased in recent years, resulting in several environmental problems. This study proposes a method to deal with industrial waste salts using NaCl and Na 2SO 4 as the main components (mainly including calcium, magnesium, and potassium impurity ions) and analyzes their thermal properties. These elements comprise sodium-based waste salt as a heat storage material, and its thermal properties are influenced by the existence of several impurity ions, which were discovered through molecular dynamics methods. In addition, binary sodium-based eutectic salts, NaCl-Na 2SO 4 were prepared using a two-step high-temperature melting method with 1% and 5% of KCl added to resemble the waste salts. These results indicated that K + ion enhance the thermal performance of these sodium-based salts. Compared with the latent heat of phase change of binary sodium-based eutectic salts, the latent heat values of mixed molten salts increased by 64% (1%KCl) and 60%收稿日期：2023-09-30；修改稿日期：2023-10-22。

围岩热物性对隧道衬砌热交换器换热的影响研究刘胜【摘要】Based on the heat transfer characteristics of tunnel lining exchanger,this paper estabilished three-di-mensional heat transfer numerical model which fully considers convective heat transfer between air and lining, heat transfer between heat carrier liquid and surrounding rock and the heat conduction in surrounding rock.The accuracy of numerical results was verified with the field test monitoring data.The influence of surrounding rock thermal physical parameters(such as thermal conductivity,specific heat capacity)on the heat exchange rate of surrounding rock was studied to provide guidance for the design of the tunnel lining GHEs.The geothermal energy output of tunnel lining GHEs presents a linear variation with the thermal conductivity increase,and the growth rate does not change with the running time.The heat exchange pipe should be laid in the surrounding rock with good thermal conductivity.The geothermal energy output of tunnel lining GHEs decreases exponentially with the increase of flow rate.The effect of specific heat capacity increase on geothermal energy output gradually weaken with the increase of running time,it is better that the ground source heat pump system adopts the intermittent op-eration mode.%基于隧道衬砌热交换器的传热特点，建立隧道衬砌热交换器的三维传热数值计算模型，并与现场试验数据进行对比验证。

纳米石墨烯片-正十八烷复合相变材料制备及热物性研究蔡迪;李静;焦乃勋【摘要】本文分别制备了纳米石墨烯片质量分数为0％,0.5％,1％,1.5％,2％的纳米石墨烯片-正十八烷复合相变材料,并通过扫描电镜测试、红外光谱分析、差示扫描量热实验及导热分析等实验对其形貌结构及热物性进行表征和研究.实验表明本文制备的纳米石墨烯-正十八烷复合相变材料具有很好的相变稳定性;当纳米石墨烯片的质量分数达到2％时,复合相变材料的导热系数相对于纯十八烷高出了89.4％.【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2019(068)010【总页数】9页(P43-51)【关键词】纳米石墨烯片;复合相变材料;热物性【作者】蔡迪;李静;焦乃勋【作者单位】重庆大学,低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室,重庆400044;重庆大学能源与动力工程学院,重庆400044;重庆大学,低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室,重庆400044;重庆大学能源与动力工程学院,重庆400044;重庆大学,低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室,重庆400044;重庆大学能源与动力工程学院,重庆400044【正文语种】中文1 引言通常,热能被认为是一种低品位能源,在工业生产中往往作为废热而得不到有效利用[1,2].另一方面,太阳辐射在日间提供持续充足的太阳能,而其中大部分能量却被浪费掉.如果能够将大量热能储存起来并在需要的时候释放,势必会减少化石燃料的消耗,这对于克服能源危机和环境污染问题将起到重要的积极作用.因此,热能储存技术得到了广泛关注和迅速发展[3].热能储存一般分为显热型、潜热型和化学反应型三类[4].其中,潜热储存具有相对明显的优势,是目前最值得发展的热能储存方式.潜热储能就是利用相变材料(phase change material,PCM)发生相变时较高的潜热实现热能的储存和利用.有研究表明[5],PCM具有储热密度高、化学稳定性强、成本低的优点.此外,PCM在相变过程中几乎保持温度恒定,可用于温度控制系统[6,7].然而在实际应用中,单一相变材料总会或多或少出现如过冷、相分离、热导率低、热稳定性差、熔融状态下泄露等缺陷[8,9].几乎所有类型的PCM,都存在热导率过低的特点,尤其是应用于中低温的有机PCM,如石蜡、脂肪酸等[10],导热系数只有0.2 W/(m·K)左右,热能存储系统的热响应速率和系统效率受到了极大限制.根据PCM的化学性质,可将PCM分为有机、无机和共晶PCM.有机PCM具有无腐蚀性、无毒性、共熔、良好的化学稳定性,并且几乎无过冷的缺陷[11],相比于无极PCM和共晶PCM,成本更低,相变温度更低,在很多领域都有不可替代的应用.近年来,随着纳米科技的迅速发展,相变储热材料的研究逐渐向纳米尺度延伸,并出现了纳米复合材料这一新的研究领域.作为一种新型的碳纳米材料,石墨烯的热导率约为5000 W/(m·K),大约是室温下铜的12倍,比表面积理论值为2650 m2/g,石墨烯还具有出色的化学稳定性,这些非凡的物理化学特性,都得益于石墨烯特殊的二维结构[12-15].因此石墨烯成为提高PCM热性能的理想选择.国内外学者对于石蜡导热性能的优化也做了许多研究.Fu等[16]比较了多层石墨烯、石墨纳米片以及石墨粉末作为添加剂对环氧树脂基质导热增强的效果.研究表明,多层石墨烯具有最好的强化导热效果.Mehrali等[17]研究了三种不同比表面积的纳米石墨烯片与棕榈酸复合后PCM的热稳定性和传热特性,结果表面,比表面积越小的纳米石墨烯片对PCM导热性能的额提升程度更高,因此,可以根据实际应用的具体要求选择合适比表面积的石墨烯片.Amin等[18]制备出蜂蜡/石墨烯复合PCM用于建筑应用中的热能储存.实验结果表明,导热系数和潜热都有非常明显的提高.在达到最佳添加量之前,复合PCM导热系数随石墨烯质量分数增加线性增大,但超过最佳值后,由于纳米粒子发生团聚,导热系数将不再线性增大.含有0.3 wt.%石墨烯的复合PCM的导热系数为2.89 W/(m·K),相当于纯蜂蜡导热系数的11倍.Liu和Rao[19]通过加入分散剂提高了复合PCM的稳定性,同时比较了不同质量分数的石墨烯和膨胀石墨片对复合PCM热物性的影响.与纯石蜡相比,2.0 wt.%的石墨烯复合PCM的热导率提高了58.6%,这一数值高于相同质量分数的膨胀石墨片PCM所提高的41.4%.正十八烷作为一种烷烃有机物,具有很高的比热容和优秀的相变特性,适合作为复合相变材料的基材,目前已经在复合相变材料的研究领域得到了广泛应用.周艳等[20]研究了铜纳米粒子对正十八烷传热性能的影响.正十八烷还可以作为微胶囊相变材料的囊芯,吴炳洋等[21]以石墨烯/正十八烷为芯材,三聚氰胺-尿素-甲醛树脂为壁材,采用乳液聚合法制备了相变微胶囊,具有较好的相转变热性能,可广泛应用于能量储存和温度控制方面.本文选取纳米石墨烯片作为PCM的添加剂.首先通过实验制备了纳米石墨烯片/正十八烷复合相变材料,对其分散稳定性、微观形貌结构以及化学相容性进行了表征,比较了纳米石墨烯片的添加量对复合相变材料相变温度、相变焓、比热、导热系数及热稳定性的影响.2 材料制备和结构表征2.1 材料与设备实验材料：正十八烷,分子式为C18H38,液态时为无色液体,固态时为白色结晶,国药集团化学试剂有限公司；纳米石墨烯片,厚度为4—20 nm,层数小于20层,直径5—10 μm,纯度大于99.5%,导热系数约为5000 W/(m·K),密度0.6 g/cm3,比表面积500—750 m2/g,中国科学院成都有机化学有限公司；超分散剂WinSperse 3050,浅棕色膏状,维波斯新材料(潍坊)有限公司；超分散剂Disuper S35,浅琥珀色黏稠液体,上海核心新材料科技有限公司.实验仪器：电热恒温干燥箱；电子天平(精度0.0001 g)；恒温磁力搅拌器；超声波清洗机,超声波功率为80 W.2.2 复合材料的制备纳米石墨烯片-正十八烷复合相变材料的制备以正十八烷为基体,采用两步法制备.用电子天平称取一定质量经过干燥预处理的正十八烷固体置于试剂瓶中,将试剂瓶放置在恒温磁力搅拌器面板上,温度设置为65 ℃,至正十八烷完全熔化,保持熔化状态30 min后,按照设定质量分数依次将分散剂和纳米石墨烯片加入到液相十八烷中.第二步先将磁芯放入试剂瓶中,调节恒温磁力搅拌器,转速设定为为450 r/min,保持温度不变,将复合相变材料的悬浮液持续搅拌3 h.随后取出磁芯,再将试剂瓶置于超声波清洗机中超声振荡30 min.最终,让复合相变材料悬浮液在室温下(25 ℃)自然冷却至凝固,即为实验样品.按上述方法,控制复合相变材料体系中纳米石墨烯片的质量分数一定,首先对所选两种超分散剂进行了分散稳定性实验,并设置了未添加分散剂仅通过物理分散方法的试样作为对比,进而筛选出最优例.纳米石墨烯片添加量由(1)式计算得到,其中x,mGraphene,mPCM分别表示纳米石墨烯片质量分数、质量和正十八烷质量.然后,选用最优例的分散剂种类,制备纳米石墨烯片质量分数为0.5%,1.0%,1.5%和2.0%的复合相变材料.同时,还制备了一组纯十八烷样品作为对比.为了消除各样品对比时产生的影响,又保证分散剂添加量满足分散填料的需要,使正十八烷与分散剂的质量比保持为100 ：1,从而确保复合相变材料的焓值仅由纳米石墨烯片决定.2.3 分散稳定性由于纳米石墨烯片的比表面积非常大,界面之间存在很强的范德华力,在使用过程中很容易重新堆叠形成不可逆转的石墨,产生团聚或沉降,因此,纳米石墨烯片在复合相变材料体系中能否均匀分散并且稳定存在是制备成功与否的关键.图1 未添加分散剂与添加不同种类分散剂的复合相变材料(GNP 0.5 wt.%)分散稳定性 (a)初始状态；(b)静置15 min；(c)静置30 min；(d)凝固状态Fig.1.Dispersion stability of composite phase change material (GNP 0.5 wt.%)without addition of dispersant and with adding different kinds of dispersants：(a)Initial state；(b)let the mixture stand for 15 min；(c)let the mixture stand for 30 min；(c)solidification state.为了提高纳米石墨烯片在正十八烷中的分散性,需要向复合体系加入分散剂,分散剂可分为离子型分散剂和非离子型分散剂,离子型分散剂可以增大纳米石墨烯片表面电量,进而增大颗粒之间的斥力,而非离子型分散剂可吸附于纳米石墨烯片表面,形成覆盖层,阻止片层之间发生团聚.本文选用的两种分散剂——超分散剂WinSperse 3050和超分散剂Disuper S35都是非离子型分散剂.图1为未添加分散剂与添加不同种类分散剂的复合相变材料(graphene nanoplatelets,GNP 0.5 wt.%)分散稳定性实验结果.可以看出,静置15 min后,未添加分散剂的A样品开始出现沉淀,而添加了分散剂的B样品和C样品中却未出现相分离.图2为上述三个样品经过5次、10次熔化-凝固循环后的分散情况,同样可以看出添加了分散剂的两个样品具有良好的分散稳定性.这是因为仅采用磁力搅拌或超声振荡等物理分散方法虽然能够较好地实现纳米石墨烯片在液相正十八烷中的分散,但外力作用一旦停止,纳米石墨烯片就会在范德瓦尔斯力的作用下将会重新团聚.而加入分散剂后,纳米石墨烯片表面形成了吸附层,这样的吸附层会产生空间位阻,起到剥离纳以及分散米石墨烯片的作用,当分散剂表面的大分子足够长并且延展充分时,纳米石墨烯片层层间距将远大于范德瓦尔斯力的作用距离(0.5 nm)[22],另外,分散剂还会使片层之间产生排斥力,阻止了纳米石墨烯片之间的接触,从而减少了团聚[23],对比B,C两个样品发现,C样品的样品瓶内壁附着着较多石墨烯颗粒,证明仍然有部分纳米石墨烯片发生了团聚,而B样品分散效果更佳,因此可认为B样品中使用的超分散剂Disuper S35更适用于该体系,这是由于超分散剂Disuper S35除了可在纳米石墨烯片的表面形成吸附层,其自身的亲油性长链还可以与液相十八烷接触,有利于纳米石墨烯片在液相十八烷中长期均匀稳定地分散.因此将其作为后续研究纳米石墨烯片-正十八烷复合相变材料热物时使用的分散剂.图2 复合相变材料(GNP 0.5 wt.%)经历不同次数熔化-凝固循环后的状态(a)5次；(b)10次Fig.2.Statuses of composite phase change material (GNP 0.5 wt.%)after different melting-solidification cycles：(a)After 5 cycles；(b)after 10 cycles.图3是实验制备的含有不同质量分数的纳米石墨烯片复合相变材料,可以看出,当纳米石墨烯片添加量不超过2%时,均能够稳定分散于十八烷体系中而没有出现明显的团聚和相分离.2.4 材料形貌图4(a)和图4(b)为纳米石墨烯片的SEM照片,可以观察到其具有二维材料的显著特征,即厚度非常薄,类似纸一样的片层状结构与曲折结构.而复合相变材料的形貌结构如图4(c)和图4(d)所示,纳米石墨烯片添加到十八烷中依然保持着良好的片层状结构且均匀分散在十八烷中,边缘呈现出一定程度的褶皱,有利于相互连接形成网络结构,从而达到强化传热的要求.图3 含有不同纳米石墨烯片质量分数的复合相变材料posite phasechange materials with different mass fractions of graphene nanoplatelets.2.5 化学相容性采用红外光谱分析方法研究了十八烷与纳米石墨烯片之间的化学相容性,结果如图5所示.谱图中(a)为纯正十八烷的红外光谱,2850.30 cm—1处为CH2对称伸缩振动吸收峰,1471.10和1369.75 cm—1处分别对应CH2和CH3基团中的C—H面内弯曲振动峰,891.38 cm—1处表示C—C伸缩振动峰.谱线(b)为纯十八烷加入分散剂后(此时未加入纳米石墨烯片)的扫描结果,在1734.38和1627.45 cm—1出现了两个微弱的吸收峰,可能是分散剂中含有-C=O-和-C=C-基团导致的.纳米石墨烯片属于无机物,相对于十八烷而言其特征吸收峰非常微弱.将纳米石墨烯片-正十八烷复合相变材料的红外光谱曲线(c)与上述两条谱线进行比较,曲线的峰位存在一一对应地关系,并且在复合相变材料中并没有出现新的特征峰,这就说明纳米石墨烯片与十八烷复合过程中没有发生化学反应,仅以物理方式相互结合.3 热物性测试3.1 相变特性相变温度、相变焓和比热容都是相变材料应用时重要的选择标准,因而有必要知道添加纳米石墨烯片对复合相变材料相变特性的影响.图6为纯正十八烷以及不同质量分数纳米石墨烯片-正十八烷复合相变材料在熔化和凝固过程中的DSC差示扫描量热测试曲线.从图中可以观察到,复合相变材料具有与纯十八烷类似的曲线形状,即在熔化和凝固过程中均只有一个明显的固-液相变峰,这表明纳米石墨烯片的添加不会改变基体的性质.与纯正十八烷相比,复合相变材料的DSC曲线在熔化和凝固阶段都发生了前移.为了定量研究纳米石墨烯片质量分数对复合相变材料相变温度及相变焓的影响,采用Proteus Analysis软件对实验测得的DSC曲线进行分析,并将熔化过程以及凝固过程相关数据分别列于表1和表2中.图4 微观形貌结构 (a)纳米石墨烯片(×5000)；(b)纳米石墨烯片(×25000)；(c)复合相变材料(×5000)；(d)复合相变材料(×20000)Fig.4.The microstructure and morphology of (a)graphene nanoplatelets (×5000)；(b)graphene nanoplatelets (×25000)；(c)composite phase change materials (×5000)；(d)composite phase change materials (×20000).图5 正十八烷与2.0 wt.%纳米石墨烯片复合相变材料的FTIR光谱Fig.5.FTIR spectra of n-octadecane and 2.0 wt.%graphene nanoplatelets composite phase change materials.图6 正十八烷及其复合相变材料的DSC曲线Fig.6.The DSC curves of n-octadecane and composite phase change materials.由表1和表2可知,相对于纯十八烷,复合相变材料的熔点有所降低,凝固点略有升高,但变化幅度均不超过1 ℃.同时,随着纳米石墨烯片含量的增加,纳米石墨烯片-正十八烷复合相变材料的潜热值逐渐下降.对于添加2.0 wt.%纳米石墨烯片的复合相变材料,熔化焓和凝固焓较纯十八烷分别降低6.01%和7.35%.这是因为在十八烷的固液相变温度范围内,纳米石墨烯片作为导热增强材料,其自身并没有发生任何相变.由于较大的比表面积,纳米石墨烯片与正十八烷分子之间相互作用力加强.为了克服两者之间存在的范德华力,导致包覆在纳米石墨烯片表面膜层内的正十八烷分子排列出现变化,进而影响体系的潜热.另外,通过SEM图像可以得知,在复合体系中纳米石墨烯片边缘会发生褶皱,可能将部分正十八烷分子包裹其中,这种情况在一定程度上将阻碍正十八烷热膨胀,因而在熔化阶段会吸收更多的热量.图7是通过比较法测得的正十八烷及制备得到的复合相变材料的定压比热容曲线.由图可知,十八烷及复合相变材料的比热容随温度升高逐渐增大,在相变点附近出现峰值,这是由于相变材料在一个温度范围内发生相变,在相变过程中不断吸收潜热量,这种相变潜热可以认为是在这个相变温度范围内有很大的显热容.从对数坐标中也可以看出,相变材料在相变过程中的比热容远远高于单一固态或者液态比热容,这也说明了相变材料比显热储能材料具有更高效的储热能力.另外通过对比发现,在单一固态或者液态时,添加了纳米石墨烯片的复合相变材料表现出比纯十八烷更高的比热容.如图8所示,随纳米石墨烯片质量的上升,复合相变材料的比热容先增大后减小.当质量分数为1.0%时,复合相变材料的比热容最高,在0—60 ℃的温度范围内,其相变前后的平均比热容较基体十八烷分别提高了30.57%和11.90%,在0—27.5 ℃范围内,复合相变材料为固态,其比热容低于在37.5—60 ℃范围内的液态复合相变材料,显然,比热容的提高对于热能储存是有利的.表1 正十八烷及其复合相变材料熔化过程的相变温度及相变焓Table 1.Phase transition temperature and enthalpy of n-octadecane and composite phase change materials during melting process.材料起始温度Tms/℃峰值Tmp/℃终止温度Tme/℃相变焓Hm/J·g—1正十八烷28.133.335.9241.4 0.5%纳米石墨烯片/正十八烷27.933.536.5237.4 1.0%纳米石墨烯片/正十八烷27.932.936.0237.0 1.5%纳米石墨烯片/正十八烷27.533.436.2234.8 2.0%纳米石墨烯片/正十八烷27.933.335.7226.9表2 正十八烷及其复合相变材料凝固过程的相变温度及相变焓Table 2.Phase transition temperature and enthalpy of n-octadecane and composite phase change materials during solidification process.材料起始温度Tss/℃峰值Tsp/℃终止温度Tse/℃相变焓Hs/J·g—1正十八烷26.121.519.8—240.7 0.5%纳米石墨烯片/正十八烷26.320.919.0—237.8 1.0%纳米石墨烯片/正十八烷26.521.119.3—237.2 1.5%纳米石墨烯片/正十八烷26.421.520.0—233.5 2.0%纳米石墨烯片/正十八烷26.521.119.5—223.0图7 复合相变材料比热容随温度变化关系Fig.7.Temperature dependence of specific heat capacity of composite phase change materials.图8 相变前后的平均比热容Fig.8.Average specific heat capacity before andafter phase transition.3.2 导热系数在3.1节中已经得到了纳米石墨烯片-正十八烷复合相变材料的比热,其密度由(1)式计算得到,式中mPCM,mGraphene,md分别表示复合相变材料中十八烷、纳米石墨烯片和分散剂的质量,ρcom为复合相变材料的密度,ρPCM= 0.78g/cm3,ρGraphene= 0.6 g/cm3,ρd= 0.9 g/cm3.导热系数则是通过同一温度下材料的热扩散系数、比热以及密度相乘计算得出.为了测试纳米石墨烯片的质量分数对复合相变材料的导热性能的影响,选取适宜的工作温度20 ℃,在20 ℃的环境下测试了复合相变材料的热扩散系数及热导率,结果如图9所示,随着纳米石墨烯片质量分数的增加,复合相变材料的热扩散系数和导热系数均呈非线性增长.从图中斜率可以看出,纳米石墨烯片含量为0.5 wt.%和1.0 wt.%时,复合相变材料导热系数的提高较为显著,而当纳米石墨烯片含量超过1.0 wt.%时,导热系数增幅变缓.由(2)式可知,添加了0.5%,1.0%,1.5%和2.0%的纳米石墨烯片的复合相变材料的导热系数相对于纯十八烷分别提高了32.4%,77.4%,83.1%和89.4%.对比已经广泛使用的纳米金属粒子,在质量分数为2.0%时,铝/正十八烷的导热系数为0.2598 W/(m·K),铜/正十八烷的导热系数为0.2535 W/(m·K),氧化铁/正十八烷的导热系数为0.2421W/(m·K),导热系数的提升率均不足30%,证明纳米石墨烯片对正十八烷导热性能的提升效果显著.图9 不同质量分数的纳米石墨烯片复合相变材料在20℃时的热扩散系数及导热系数Fig.9.Thermal diffusion coefficient and thermal conductivity of graphene nanoplatelets composite phase change materials with different mass fractions at 20 ℃.纳米石墨烯片在二维平面内具有很高的热导率,此复合相变材料正是利用纳米石墨烯片的高热导率特性,将其均匀分散于正十八烷之中,纳米石墨烯片易于在相变材料基体中形成空间网状结构,热流传递时可以经过这些网状结构而避开低导热相变材料,减小了传热阻力.当填充的质量越来越高,纳米石墨烯片彼此之间的连接会更加容易,这就意味着每单位体积内,导热通道的数量会随之增多.但是当纳米石墨烯片含量超过1.0 wt.%时,相变材料基体中有限的体积不足以提供纳米石墨烯片更大的分散空间,加剧了团聚现象,导致有效的纳米石墨烯片含量降低,从而表现为导热系数增幅变缓.4 误差分析在实验过程中,由于存在不可避免的误差,会导致本实验的测量结果与真实值有一定的偏差.在实验筹备的过程中,对实验需要用到的各种仪器进行了严格的标定,这在很大程度上减小了系统误差；由于实验时间跨度不长,实验环境变化很小,所以环境误差的影响很小；对于人员误差,本实验的实验操作人员少而固定,同时,对同一实验工况进行了反复实验,大大减小了误差.系统误差是最值得注意的误差类型,本实验在制备复合相变材料的过程中,有个别环节可能会引入误差,两步法制备复合相变材料时,第一步为称取纳米石墨烯片以及预处理正十八烷,这一阶段所使用的仪器经过严格标定,本实验使用的电子天平精度为0.0001 g,经过校准,误差不会超过1%,在称取纳米石墨烯片的过程中,纳米石墨烯片不可避免地会接触到并吸收一部分空气中的水分,导致样品中引入杂质影响测量结果.在实验过程中,在干燥的室内尽可能快地称取纳米石墨烯片,并且尽量缩短各组样品配备的时间间隔,为的是减少纳米石墨烯片与外界空气接触的时间以及保证各组纳米石墨烯片都是在相同的外界环境下称取的；第二步中,将装有实验样品的试剂瓶置于超声波清洗机中超声振荡,可能会有一部分纳米石墨烯片残留在超声波清洗仪中,导致制备样品中的纳米石墨烯片质量分数偏低,减小此误差的方法是在配备纳米石墨烯片时多加入0.0005 g,用以补偿损失的纳米石墨烯片质量.为了保证纳米石墨烯片能更好地分散在液相正十八烷中,需要向样品中加入超分散剂WinSperse 3050,分散剂的加入势必会影响样品的相变潜热值以及导热系数,相变潜热值会因为分散剂的加入而略微减小,但是由于加入分散剂的用量很少,没有加入纳米石墨烯片的纯正十八烷对照组中也加入了等量的分散剂,测试证明分散剂的加入对正十八烷相变潜热值的影响非常小,可以忽略不计.在测试复合相变材料导热系数前,需要将材料切割成指定大小和形状的薄片,由于正十八烷在固体状态下是晶体,切割难度较大,容易出现裂痕,很难保证切割的薄片具有均匀的厚度,因此可能导致导热系数测量不准,且在测量导热系数的过程中,仪器需要对材料进行加热,正十八烷的熔点为28 ℃左右,可能会因为吸收仪器的热量而出现一定程度的熔化,导致导热系数的测量值不准.解决上述两种误差的方法是,对同一质量分数的多组样品进行多次测量,取测得导热系数的平均值.最终实验测得的对照组纯正十八烷导热系数与理论值接近,证明测试数值比较准确.5 结论本文在实验中通过添加纳米石墨烯片来提高正十八烷相变材料的导热系数.通过机械法相结合制备5组纳米石墨烯片含量分别为0%,0.5%,1%,1.5%和2%的复合材料样品,正十八烷复合相变材料,对其分散稳定性、微观形貌结构以及化学相容性进行了表征,对比研究纳米石墨烯片添加量对复合相变材料的相变温度、相变焓、比热、导热系数及热稳定性的影响.1)加入分散剂后,复合体系中纳米石墨烯片的分散稳定性显著提升,体系经多次相变循环后未产生明显团聚或沉降.纳米石墨烯片在正十八烷基体中依然保持着良好的片层状结构且分散均匀,边缘呈现出一定程度的褶皱,有利于相互连接形成网络结构.纳米石墨烯片与正十八烷复合过程中没有发生化学反应,仅以物理方式相结合.2)相对于正十八烷,复合相变材料的熔点稍有降低,凝固点略有升高,变化不超过1 ℃.同时,随着石墨烯片含量的增加,纳米石墨烯片—正十八烷复合相变材料的潜热值逐。

2017年08月RP-3航空煤油热物性分析邴政(中国航油集团北方储运有限公司,天津300452)摘要：针对航空煤油等吸热碳氢燃料的热物性分析困难度，本文采用优选替代燃料的方法，将我国自主研制生产的RP-3航空煤油作为研究对象，对其各项热物性特征进行分析与总结，以此在掌握RP-3航空煤油主要特征的基础上，验证分析方法的可行性与可推广性。

关键词：RP-3航空煤油；替代燃料；热物性分析对超燃冲压发动机而言，其运行时采用的吸热碳氢燃料一般是被作为一种冷却剂使用的，用于吸收机体中的热量，飞行马赫数是影响其状态与温度的主要因素。

相比于液态燃料，在持续加热的状态下，燃料存在不同的喷注过程、燃烧过程与热物性特性。

碳氢燃料由于成分十分复杂所以热物理性质分析存在很大的困难。

以最常用的航空煤油为例，主要由数千种成分构成，而且具体成分因厂家与年份的不同也有一定变化。

因此，必须找寻便于分析和研究的替代燃料。

1优选替代燃料在选择替代燃料时，应考虑需进行模拟分析的燃料性质与特点，通常分成化学与物理替代两类。

其中，物理替代有着与真实燃料十分相近的物理特性，主要在物理过程模拟中使用；而化学替代则有与真实燃料相近的化学特性，主要在化学过程模拟中使用。

对于替代燃料的准确性与有效性验证可围绕具体问题对应的具体过程来实施，通常是以若干关键参数分析模拟来实现。

比如，物理替代因只关注燃料的输运特性，所以仅需对真实与替代燃料的物理参数进行匹配即可，包括临界参数与挥发性等[1]。

针对替代燃料方面的分析研究，国外已开展一定尝试。

例如将正十二烷作为JP-7航空煤油的替代燃料对其热传导性与裂解特征进行分析。

对我国的RP-3航空煤油而言，其主要由三大部分构成，分别为饱和与不饱和碳氢化合物以及芳香族化合物。

其中，具有一定代表性的主要成分包括芳烃、饱和直链烃与饱和环烷烃。

考虑到RP-3航空煤油的构成与密度和法国煤油相近，所以可参照其模型对RP-3具体成分进行分析。

黄土导热系数和比热容的实验研究黄土是社会经济发展过程中经常使用的土壤类型，在环境保护与水资源管理中发挥着重要的作用。

研究黄土的物理特性、人工影响和气候变化等，对于分析黄土温度场以及其它土壤特性以及估计其表面失湿速率、渗透系数和土壤水热变化的机制有着重要的意义，对于理解其影响环境的角色也有很重要的意义。

因此，黄土的导热系数和比热容研究尤为重要。

在黄土导热系数和比热容的实验研究中，主要是通过采用均匀黄土取样研究不同含水率下黄土的导热系数和比热容。

实验采用室内恒温通风箱，采用位温圆弧采集器实现对水文对因子的控制。

研究结果表明，随着含水率的增加，黄土的导热系数和比热容分别呈增加的趋势，其变化规律与黄土的结构及其微观结构变化有关。

根据实验结果，在实际应用中，黄土的导热系数和比热容的变化通常受到湿热因子的影响，因此，可以采用对湿热因子进行恒定的控制技术来维持土壤温度和热力学参数的稳定性，从而确保黄土在工程应用中达到理想的代替状态。

此外，在不同土壤类型的土壤热物性研究中，土壤的比热容与水的存在有着密切的联系，并且其大小受到土壤的组织结构、水汽在土壤中的流动形态以及土壤含水量的影响。

因此，对于黄土而言，重视其对水汽和水位变化的响应，也就是重视土壤含水率的变化及其对土壤温度变化的响应，这是掌握土壤物理特性，包括比热容，非常重要的。

在黄土比热容和导热系数实验研究大面积应用之前，如果对比热容和导热系数的研究不能有更全面的了解或实验结果不能给出更准确的值，那么，在工程应用中，将会遇到很大困难，也可能影响着实际的设计与施工。

因此，未来要更进一步研究黄土比热容和导热系数，可以通过一系列多参数试验，从而研究多参数对黄土比热容和导热系数的影响，从而为实际的工程应用提供更多的理论依据。

综上所述，黄土导热系数和比热容是研究黄土的重要物理特性，也是土壤水热变化的重要参数，是掌握土壤热物性的基本条件。

实验结果表明，黄土的导热系数和比热容与其含水率有着密切的关系。

白铜的热物性数据介绍白铜是一种合金，由铜和锡组成。

它的成分为90％的铜和10％的锡。

白铜因其灰白色而得名，也被称为硬铜或此铜。

它具有优异的热物性能，适用于许多热工应用。

首先，白铜具有较高的导热性能。

铜是一种良好的导热材料，具有优异的传热特性。

白铜中的铜成分保留了这种特性，使其具有高导热性。

这意味着白铜能够快速传递热能，使其非常适用于散热器，换热器和其他需要高导热性的应用。

其次，白铜具有较低的热膨胀系数。

热膨胀系数是材料在受热时长度变化的量度。

白铜由于含有锡等合金元素，其热膨胀系数较铜要低。

这使得白铜在高温环境下表现出更好的稳定性，避免由于热膨胀引起的构件变形和破坏。

这种特性使白铜非常适用于高温设备和精密仪器。

此外，白铜具有较高的熔点。

熔点指的是材料从固态转为液态的温度。

白铜的熔点大约在900°C以上，比纯铜高得多。

这使得白铜在高温环境下能够保持其结构的稳定性。

它可以耐受高温和高压的条件，使其成为用于制造高温合金和耐热部件的理想选择。

此外，白铜具有良好的耐腐蚀性能。

铜本身就具有良好的抗腐蚀性能，而添加锡等元素可以进一步提高其耐腐蚀性。

白铜可以抵御氧化和腐蚀，使其适用于在恶劣环境中使用，例如化工和海洋工程。

在制造业中，白铜的热物性数据是非常重要的。

具体而言，以下是一些关键的热物性数据：1.导热系数：白铜的导热系数约为70W/(m·K)，比普通铜高一些。

这意味着白铜能更有效地传导热量，并能快速散热。

2.热膨胀系数：白铜的热膨胀系数约为16×10^-6K^-1，比纯铜略低。

这使得白铜在高温下具有更好的稳定性。

3.熔点：白铜的熔点约为900°C以上，比纯铜高得多。

这使得白铜在高温环境下具有更好的性能。

4.耐腐蚀性：白铜具有良好的耐腐蚀性能，可以抵御氧化和腐蚀。

综上所述，白铜是一种具有出色热物性能的合金。

其高导热性，低热膨胀系数，高熔点和良好的耐腐蚀性使其成为许多热工应用的理想选择。

方形卷绕式磷酸铁锂电池热物性及发热功率计算摘要：磷酸铁锂电池作为锂离子电池中应用极其广泛的类型，常应用于纯电动汽车和大型电化学储能等安全要求很高的场景。

为避免电池在因温度管控不当引起温度升高和起火等风险，研究磷酸锂特电池的热性能是很有必要的。

本文以某型号磷酸铁锂电池单体为研究对象。

研究0.5C工况下的热物性参数，为电池组或系统级别的仿真提供参考和指导。

关键词：热仿真；磷酸铁锂电池；电池比热容；电池导热系数；电池生热功率引言锂离子电池作为性能更优异的新一代二次电池，因其具备工作倍率高、循环寿命长、能量密度高和无重金属污染等优点，已经在纯电动汽车、电化学储能电站、电动工具和应急电源等各行各业被广泛的应用。

温度对于磷酸铁锂电池的电性能、安全性能和使用寿命均有相当大的影响。

温度过高不仅会加剧磷酸铁锂电池的寿命衰减，还会引起电池的热失控，导致冒烟起火等安全风险热仿真已经成为锂离子电池热问题的主要研究方法。

热仿真的准确程度，依赖于电池的热物性参数的的准确程度。

目前行业内生产的磷酸铁锂电池种类繁多，热物性参数也五花八门，①电池比热容C为1083J/kg*k，导热系数为Ky =0.905W/（m*K），Kxz=2.687W/（m*K）；②电池比热容C=1010J/kg*k，导热系数为Ky =0.95W/（m*K），Kxz=2.73W/（m*K）；③电池比热容C=733J/kg*k，导热系数为Kx =3.6W/（m*K），Kyz=10.8W/（m*K）。

本文基于3.2V105Ah卷绕式方形磷酸铁锂电池的基础材料特性进行理论计算，并通过电池的实测温度曲线对发热功率进行反向修正，最终得出此款电池的理论热物性参数。

1电池比热容本研究采用卷绕式方形磷酸铁锂电池，标称电压3.2V，标称容量105Ah，重量约2.17kg，尺寸为173mm*29mm*200mm。

电芯内部主材包含铜箔、铝箔、磷酸铁锂、石墨、隔膜、电解液、铝壳和绝缘膜。

常用材料的热物性参数1.金属材料：金属是最常用的工程材料之一，具有良好的导热性、导电性和热膨胀性。

以下是几种常见金属材料的热物性参数：- 铜：导热系数为401 W/(m·K)，比热容为394 J/(kg·K)，线膨胀系数为16.8 × 10^-6 K^-1- 铝：导热系数为237 W/(m·K)，比热容为897 J/(kg·K)，线膨胀系数为22.2 × 10^-6 K^-1- 钢（一般钢材）：导热系数为43-52 W/(m·K)，比热容为450-550 J/(kg·K)，线膨胀系数为12-14 × 10^-6 K^-12.无机非金属材料：无机非金属材料在工程应用中也非常常见，如陶瓷、玻璃等，它们通常具有较低的导热性和热膨胀性，但比较脆弱。

以下是几种常见无机非金属材料的热物性参数：- 石英：导热系数为1.3 W/(m·K)，比热容为745 J/(kg·K)，线膨胀系数为0.5 × 10^-6 K^-1- 硅胶：导热系数为0.007 W/(m·K)，比热容为1000 J/(kg·K)，线膨胀系数为1.2 × 10^-6 K^-1- 硅酸盐陶瓷：导热系数为1.5-3.5 W/(m·K)，比热容为700-1100 J/(kg·K)，线膨胀系数为5.0-10.0 × 10^-6 K^-13.有机材料：有机材料通常指由碳元素为主要成分的材料，如塑料、橡胶等。

- 聚乙烯：导热系数为0.3-0.4 W/(m·K)，比热容为2000-2300J/(kg·K)，线膨胀系数为80-140 × 10^-6 K^-1- 聚氯乙烯：导热系数为0.14-0.19 W/(m·K)，比热容为1000-1300 J/(kg·K)，线膨胀系数为50-90 × 10^-6 K^-1- 橡胶：导热系数为0.1 W/(m·K)，比热容为1700-2300 J/(kg·K)，线膨胀系数为80-200 × 10^-6 K^-1以上仅是几种常见材料的热物性参数，实际上不同的材料具有不同的热物性参数，因此在具体工程中应根据实际情况进行选择和计算。

二氧化碳和PAG润滑油混合物热物性研究的开题报告
一、选题背景
随着环保意识的不断提高以及低温工艺的广泛应用，二氧化碳作为一种环保性质优良的工质在工业制冷、超临界萃取等领域得到了广泛应用。

同时，PAG润滑油因其优异的润滑性能和环保特性，也成为了目前流行的润滑材料之一。

二氧化碳和PAG润滑油的混合物被广泛应用于汽车空调、冰箱制冷等领域，并成为了研究的热点之一。

二、研究目的
本次研究旨在探究二氧化碳和PAG润滑油混合物的热物性质，包括混合物的热导率、比热容等，为混合物的应用提供理论依据。

三、研究内容
1. 二氧化碳和PAG润滑油混合物的样品制备；
2. 对不同混合比例的样品进行热导率和比热容的测试；
3. 对比实验结果与已有文献进行验证；
4. 分析实验结果，讨论混合物的热物性质与混合比例的关系。

四、研究方法
1. 样品制备：按照不同的混合比例将二氧化碳和PAG润滑油混合；
2. 实验设备：使用导热系数测试仪和差示扫描量热仪；
3. 实验流程：
（1）测试混合物的热导率：将样品放置在导热系数测试仪中，通过导热系数仪器测试样品的导热性能；
（2）测试混合物的比热容：将样品放置在差示扫描量热仪中，通过扫描量热仪器测试样品的比热容。

4. 数据分析：通过对实验结果的比较分析，得到二氧化碳和PAG润滑油混合物的热物性质与混合比例的关系。

五、预期成果
1. 获得二氧化碳和PAG润滑油混合物的热导率和比热容的测试结果；
2. 通过实验结果分析得到二氧化碳和PAG润滑油混合物的热物性质与混合比例的关系；
3. 提供理论依据，促进二氧化碳和PAG润滑油混合物在工业制冷、超临界萃取等领域的应用。

合肥市第四系及红层岩土体热物性分布特征研究张 帅，李 静，张克松，何黎明，刘亚兰（安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，安徽·蚌埠 233000）摘 要：实验室与现场热响应测试对比分析揭示了合肥市浅层200 m内第四系及红层岩土的热物性分布特征。

结果表明，平均热导率由2.1 W/(m·K) 升至2.8 W/(m·K)，在西北部和东南部出现两处峰值区（2.8 W/(m·K)），体积热容由西北向东南逐渐增大，由2.1 MJ/(m3·K) 升至2.7 MJ/(m3·K)，其平面分布特征与地下水径流方向基本一致。

岩土体的热导率平均值呈现出第四系（1.56 W/(m·K)）＜白垩系（1.69 W/(m·K)）＜古近系（2.02 W/(m·K)）＜侏罗系（2.46 W/(m·K)），体积热容平均值排列规律与热导率相反，呈现出侏罗系（2.10 MJ/(m3·K)）＜古近系（2.27 MJ/(m3·K)）＜第四系（2.36 MJ/(m3·K)）＜白垩系（2.37 MJ/(m3·K)）。

现场热响应试验结果相较于室内测试数据偏大，但更接近于实况。

埋管类型采用双U型时岩土体综合导热系数要高出单U型埋管8%~15%，不同的换热孔口径致换热孔导热系数差异性很小（小于3%）。

关键词：热物性；浅层地热能；热响应测试；合肥市中图分类号：TK529 文献标志码：A 文章编号：2095-1329(2023)01-0113-07进入21世纪以来，随着国内经济的蓬勃发展，能源问题日益突显，清洁能源的应用越来越受到重视，浅层地热能这一清洁能源通过热泵技术加以应用已在全国范围内得到广泛推广。

浅层地热能是指蕴藏在地表以下一定深度范围内岩土体、地下水和地表水中具有开发利用价值的热能（是指通过地源热泵换热技术利用的蕴藏在地表以下200 m以内，温度低于25℃的热能）。