三水合乙酸鈉在相變單元中的傳熱特性研究.pdf

1、潛熱的利用能夠解決能量供給與需求不匹配的問題，無機水合鹽作為一類相變潛熱大中低溫相變材料(PCM)，相變溫度多處于人們?nèi)粘Ｉ罨蛘吖I(yè)生產(chǎn)所需的溫度，故而得到了廣泛的應(yīng)用。三水合乙酸鈉(CH3COONa·3H2O，sodium acetatetrihydrate，SAT)作為其中的代表之一，具有極大的應(yīng)用潛力。但是，SAT的過冷度較大，多次使用會產(chǎn)生相分離現(xiàn)象，嚴(yán)重影響其循環(huán)利用，并導(dǎo)致儲熱能力逐漸變差。同時，SAT導(dǎo)熱能力有限，這就導(dǎo)

2、致實際應(yīng)用中不能將熱量在短時間貯存或者釋放。解決好以上兩個問題也對改善無機鹽類PCM儲熱能力具有重要意義。本文研究了多種不同的方法抑制SAT的過冷和相分離現(xiàn)象，并應(yīng)用不同手段增強了PCM的導(dǎo)熱能力。所做的主要工作如下:
　　(1)設(shè)計了不銹鋼材質(zhì)的相變單元體，作為模擬蓄熱器。研究SAT在其中的儲熱特性，發(fā)現(xiàn)在相變單元完全融化后，SAT靜置于室溫狀態(tài)下冷卻后3小時后都沒有結(jié)晶放熱，雖然單元體的導(dǎo)熱性能優(yōu)良，但SAT都不能將貯存的熱量

3、釋放，說明本身過冷度較大。為降低其過冷度，篩選了一系列無機水合鹽作為優(yōu)良的成核劑，其中，十二水磷酸氫二鈉（Na2HPO4·12H2O）的效果最優(yōu)，這是因為醋酸鈉溶液對于Na2HPO4·12H2O較強的脫水作用。為了保持體系的穩(wěn)定性，需使用增稠劑使體系保持一定的儲熱能力。很多有機物（聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素、阿拉伯樹膠、明膠和蔗糖）都可以作為增稠劑使用，但是，較為可靠的是明膠和羧甲基纖維素(CMC)。
　　(2)通過制備混合相變材料

4、和增加肋片的方式來強化單元體的傳熱能力，提高SAT的蓄放熱速率。SAT，Nano-Cu或者Nano-SiO2以及分散劑和增稠劑組成的復(fù)合相變材料可將蓄放熱速率提高20％以上。加入納米銅后，在固態(tài)區(qū)，SAT的導(dǎo)熱系數(shù)就有所提高，這種混合體系兼具解決過冷度大的能力。在單元體內(nèi)增加不銹鋼網(wǎng)格式肋片后，單元體在潛熱蓄放熱速率最高可提高近一倍以上，這在實際應(yīng)用中具有極大的價值。這些納米材料(Nano-Cu和Nano-SiO2)外加增稠劑（多用CM

5、C）與SAT組成混合體系，也有較低的過冷特性和穩(wěn)定性。但是，需要保證納米材料均勻分散于熔融狀態(tài)下的SAT中。
　　(3)研究了一些外加擾動的作用對SAT相變性能的影響，主要有超聲波照射法、機械攪拌法以及機械振動法。三種手段的目的都是在容器內(nèi)部產(chǎn)生一個穩(wěn)定的結(jié)晶核心。1）超聲波照射SAT熔體是利用了超聲波作為一種“能量”形式，促進結(jié)晶。另外還可提高鹽在溶液中的溶解度，使析出的鹽能夠再次溶解從而解決了相分離的問題;2)機械攪拌法是在機