碳納米管-赤藻糖醇復(fù)合蓄熱材料強(qiáng)化傳熱實(shí)驗(yàn)與模擬研究.pdf

1、工業(yè)領(lǐng)域所消耗的能源在我國能源消耗總量中占據(jù)首位，其中大部分以廢熱的形式排放。目前我國的工業(yè)余熱回收利用手段主要針對中高溫工業(yè)余熱，對于200℃以下的低溫工業(yè)余熱則欠缺相應(yīng)成熟技術(shù)。該溫度范圍的余熱適合居民生活用暖，而我國城市周邊一些集中供熱管網(wǎng)覆蓋不到的用戶，往往采用能效較低的燃煤鍋爐或電加熱設(shè)備滿足用熱需求，因此回收低品位工業(yè)余熱用于供暖就成為了提高能源利用率的有效手段。
　　移動蓄熱系統(tǒng)利用裝有相變材料的蓄熱器從工廠回收余熱

2、，由交通工具運(yùn)輸至用戶端釋放熱量，是解決上述問題的有效手段。蓄熱技術(shù)是移動蓄熱技術(shù)的核心，在之前的工作中，綜合考慮所利用的余熱溫度范圍（200℃以下）以及材料的各項(xiàng)熱物理性質(zhì)，我們選擇了赤藻糖醇作為相變材料。赤藻糖醇（熔點(diǎn)119℃）具有相變潛熱值高，無毒無腐蝕性的優(yōu)點(diǎn)，是一種合適的中低溫相變材料，然而由于其導(dǎo)熱系數(shù)較低，換熱性能較差，嚴(yán)重影響了實(shí)際使用性能。
　　基于此，本文制備了碳納米管/赤藻糖醇復(fù)合相變材料，利用碳納米管(導(dǎo)熱

3、系數(shù)3000 W·m-1·K-1)改善赤藻糖醇的導(dǎo)熱性能，并通過掃描電鏡觀察碳納米管在赤藻糖醇中的分散性，DSC分析儀測量其熔點(diǎn)及相變潛熱，熱重分析儀分析其熱穩(wěn)定性，導(dǎo)熱系數(shù)測定儀測量其導(dǎo)熱系數(shù)，同時采用數(shù)值模擬的方法對復(fù)合相變材料在蓄熱器內(nèi)的熔化凝固過程進(jìn)行了研究，并與赤藻糖醇進(jìn)行了對比。結(jié)果表明：
　　本文在傳統(tǒng)的二步法基礎(chǔ)上，結(jié)合碳納米管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，增加了預(yù)處理環(huán)節(jié)，首先對碳納米管進(jìn)行強(qiáng)酸回流、超聲波振蕩，然后將預(yù)處理后的碳納

4、米管與赤藻糖醇進(jìn)行熔融共混與超聲波發(fā)散，采用此方法，碳納米管在赤藻糖醇中表現(xiàn)出相對較好的分散性。
　　添加少量碳納米管即可顯著地提升赤藻糖醇的導(dǎo)熱系數(shù)，并且復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨著碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大，但是增大的幅度逐漸減慢。添加碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25％-0.75%，赤藻糖醇導(dǎo)熱系數(shù)相應(yīng)提升為60%-89%。同時，碳納米管對赤藻糖醇熔點(diǎn)和相變潛熱影響不大。本文對碳納米管強(qiáng)化傳熱的機(jī)理進(jìn)行了初步探討，認(rèn)為其強(qiáng)化傳熱效果主

5、要是由鏈狀結(jié)構(gòu)形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)和本身高導(dǎo)熱系數(shù)共同作用產(chǎn)生。
　　復(fù)合相變材料在20-160℃的加熱過程前后質(zhì)量變化不超過1%，在此溫度區(qū)間表現(xiàn)出較好的熱穩(wěn)定性。碳納米管可以起到成核劑的作用，緩解赤藻糖醇的過冷現(xiàn)象。并且隨著碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合相變材料的過冷度逐漸減小。
　　復(fù)合相變材料在熔化階段的熱響應(yīng)速度遠(yuǎn)快于赤藻糖醇，并且隨著碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大，在凝固階段，由于自然對流換熱起主導(dǎo)作用，復(fù)合相變材料的放熱速