貯熱相變材料的工作性能及研究方法(已修改)
2024-12-07 23:40 本頁(yè)面
【正文】 第二章 貯熱相變材料的熱物性和工作性能 焦冬生 熱科學(xué)和能源工程系 2 內(nèi)容 1. 工作性能及研究方法 2. 導(dǎo)熱系數(shù)的改善 3. 相變潛熱的預(yù)測(cè) 3 研究范圍 4 5 貯熱相變材料的工作性能及研究方法 ? 貯熱相變材料的主要工作性能有 過(guò)冷度、結(jié)晶速度、晶體密度、穩(wěn)定性（耐久性） ? 研究相變材料工作性能的手段 示差掃描量熱計(jì)（ DSC） 熱分析法（ TA THERMAL ANALYSIS METHOD） 6 DSC與 TA比較 ? 在 DSC測(cè)量中，由于試樣的尺寸太小，樣品的過(guò)冷現(xiàn)象達(dá)到最嚴(yán)重的程度，而析出則被抑制，因此，為了解相變材料在工程應(yīng)用中的特性，TA法具有重要的地位。 測(cè)量技術(shù) 儀器 材料用量 測(cè)量方式及測(cè)量結(jié)果 可供分析的數(shù)據(jù) DSC DSC 110mg 測(cè)定在設(shè)定的控溫下式樣熱能的變化，測(cè)量結(jié)果為能量 時(shí)間曲線 熱重圖上吸收峰的形式 熔點(diǎn)及范圍 冰點(diǎn)及范圍 過(guò)冷度 熔解熱 /固化熱 真比熱 TA 試管 玻璃器皿 待試模型 10g 100g 110kg 測(cè)定試樣在加熱或冷卻情況下給定位置的溫度變化，測(cè)量結(jié)果以溫度 時(shí)間曲線表示 溫度 時(shí)間曲線，溶解 /固化中的現(xiàn)象 熔點(diǎn) /范圍 冰點(diǎn) /范圍 過(guò)冷度 相容 /不相容 分解現(xiàn)象，新相形成，分離現(xiàn)象 7 這些變化是物質(zhì)在加熱或冷卻過(guò)程中發(fā)生的，它在 DSC曲線上表現(xiàn)為吸熱或放熱的峰或基線的不連續(xù)偏移。對(duì)于物質(zhì)的這些 DSC表征，盡管多年來(lái)通過(guò)熱分析專家的解析積累了不少資料，也出版了一些熱譜 (如 SADTLER熱譜等 )．但熱譜學(xué)的發(fā)展尚不夠成熟，不可能象紅外光譜那樣將圖譜的解析工作大部分變?yōu)閳D譜的查對(duì)工作，尤其是高聚物對(duì)熱歷史十分敏感，同一原始材料，由于加工成型條件不同往往有不同的 DSC曲線，這就給 DSC曲線的解析帶來(lái)了較大的困難 。 DSC解析難度高 8 DSC解析難度高 ? 解析 DSC曲線決不只是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，有時(shí)還是一個(gè)困難的研究課題。因?yàn)榻馕?DSC曲線所涉及的技術(shù)面和知識(shí)面較廣。為了確定材料轉(zhuǎn)變峰的性質(zhì)，不但要利用 DSC以外的其他熱分析手段，如 DSCTGA聯(lián)用，還要借助其他類型的手段，如 DSCGC聯(lián)用， DSC與顯微鏡聯(lián)用，紅外光譜及升降溫原位紅外光譜技術(shù)等。這就要求解工作者不但要通曉熱分析技術(shù)，還要對(duì)其他技術(shù)有相應(yīng)的了解，在此基礎(chǔ)上結(jié)合研究工作不斷實(shí)踐積累經(jīng)驗(yàn)，提高解析技巧和水平 。 9 熱分析法應(yīng)用 ? 結(jié)晶速率 ? 如果結(jié)晶速度很快，假定在合理的熱擴(kuò)散的情況下，那么過(guò)冷溫度很快會(huì)恢復(fù)到凝結(jié)溫度，所以 結(jié)晶速度 比 成核速度 更重要。 ? 如果結(jié)晶速度過(guò)慢，那么結(jié)晶后的晶粒又會(huì)分散在整個(gè)液體中。 ? Schroder and Gawron have provided a plot showing the rate of crystal growth as a function of supercooling. 10 熔點(diǎn) 過(guò)冷 ——結(jié)晶 結(jié)晶速度低 Schroeder J, Gawron K. Latent heat storage, Energy Research, 1981。 5:103109. 過(guò)冷與結(jié)晶速率 11 結(jié)晶類型 ? Grodzka 對(duì)冷凝和熔解過(guò)程涉及的物理過(guò)程進(jìn)行了全面地分析。 ? 熔解和冷凝反應(yīng)依賴于相互傳熱，成核及結(jié)晶速率 。 Grodzka P G. Phase Change Storage System. In: , , Solar energy technology handbook, Part A: Engineering Fundamentals, Marcel Dekker, Inc., 1980. 12 如圖 a，處于熔點(diǎn)溫度 Tm的溶液在隔熱的容器中被冷卻，結(jié)晶簇都會(huì)以以下方式進(jìn)行。 如果液體被
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