相变贮能 第03讲 贮热相变材料热物性的测定方法
物理实验技术使用中的相变材料测试方法
物理实验技术使用中的相变材料测试方法相变材料是一种特殊的物质，它在特定的温度下会发生物理性质的改变。
这种材料在许多领域有着广泛的应用，从能源存储到传感器技术。
在物理实验中，相变材料的测试方法至关重要，它们可以帮助科学家们更好地理解和探索这些材料的行为。
在实验中，最常用的相变材料之一是记忆合金。
记忆合金是一种能够在受力后恢复到原始状态的材料。
它在实验室中的测试方法之一是应力-应变测试。
这种测试方法可以帮助科学家们研究记忆合金的机械性能和形状记忆效应。
应力-应变测试需要使用一个拉伸装置，通过施加力来改变材料的形状。
科学家们可以测量材料在不同应力下的应变，从而获得一个应力-应变曲线。
这个曲线能够告诉他们关于材料的弹性和塑性行为的信息。
对于记忆合金来说，这个曲线在相变温度附近会出现突变，这标志着材料从强烈的塑性变形转变为形状记忆效应。
另一种常见的相变材料是磁性相变材料。
这些材料在外加磁场的作用下会发生结构相变，从而改变其磁性质。
在物理实验中，磁性相变材料的测试方法之一是磁化率测试。
磁化率是材料对外加磁场响应的度量。
磁化率测试利用了磁敏感仪器，如磁力计或霍尔传感器，来测量材料在不同磁场下的磁场强度。
通过改变外加磁场的强度和方向，科学家们可以获得一个磁化率曲线。
这个曲线能够提供关于材料磁性相变的信息，例如相变温度和相变行为的特征。
除了记忆合金和磁性相变材料，还有其他一些相变材料在物理实验中也有广泛的应用。
例如，超导材料是一种在低温下具有零电阻的材料。
超导材料的测试方法之一是临界电流测试。
这种测试方法可以帮助科学家们确定材料的超导转变温度以及其在不同电流下的电阻特性。
临界电流测试需要使用一个电流供应器和一个电压传感器来测量材料在不同电流下的电压响应。
通过改变电流的大小和方向，科学家们可以获得一条临界电流曲线。
这个曲线能够告诉他们关于材料的超导性能和转变温度的信息。
总之，物理实验技术在相变材料的测试中起着至关重要的作用。
材料热物性能测量的新方法研究
材料热物性能测量的新方法研究导言在工程和科学领域中，热物性能是一项非常重要的研究课题。
热物性能是研究物质在受热时所表现出来的性质，包括导热系数、比热容和热膨胀系数等。
测量这些物性参数可以帮助人们了解材料的热特性，在工程和科学应用中有着广泛的应用价值。
然而，传统的热物性能测量方法往往需要昂贵的设备和耗费大量的时间。
近年来，科学家们已经探索出了一些新的方法来测量热物性能，这些方法具有快速、准确和经济等优势。
本文将重点介绍最新的材料热物性能测量方法的研究进展。
热工分析法热工分析法是一种常用的热物性能测量方法。
热工分析法通过热脉冲法、热流平衡法和雷诺法等方法测量材料的热导率、比热和热膨胀系数等热物性能参数。
热脉冲方法是利用热敏电阻或其它热敏元件来检测热脉冲的传播速度和幅度等参数，从而计算出材料的热导率。
热流平衡法是利用热电偶等设备测量热流的大小和方向，并在恒温环境下测量样品的温度变化，从而计算出材料的热导率、比热和热膨胀系数等参数。
雷诺法是在已知热物性参数的标准物质上进行测量，从而确定待测物质的热物性能参数。
这些方法需要复杂的仪器和耗费很长的时间才能测量。
红外线辐射法红外线辐射法是一种新的热物性能测量方法。
该方法利用红外线热像仪来测量物体的表面温度，并通过时间-温度信号分析技术将表面温度转化为材料的比热容和热导率等参数。
红外线辐射法具有测量速度快、非接触式测量和准确度高等优势，已经成为材料热物性能测量领域的研究热点之一。
红外线辐射法可以用于测量各种材料的热物性能，包括陶瓷、金属、塑料和复合材料等。
此外，红外线辐射法还可以用于测量材料的热变形和热应力，具有广泛的应用前景。
电磁感应法电磁感应法是一种新型的热物性能测量方法。
该方法利用高频电磁场在材料中产生涡流和热耗散，通过测量材料表面温度和涡流强度等参数，可以计算出材料的热导率、比热和热膨胀系数等参数。
电磁感应法具有测量速度快、非接触式测量和高分辨率等优势，可以用于测量各种材料的热物性能。
相变材料的储热
相变材料的储热摘要:热能储存可以通过蓄热材料的冷却、加热、熔化、凝固。
气化、化学反应等方式实现。
它是一种平衡热能供需和使用的手段。
热能储存按储热方式可分为三类，即显热储能、潜热储能和化学反应储热。
关键词：相变;储热;复合材料;引言：相变材料（PCM）在其本身发生相变的过程中，可以吸收环境的热（冷）量，并在需要时向环境放出热（冷）量，从而达到控制周围环境温度的目的。
相变储能技术通过相变材料相变时吸收或放出大量热量以达到能量存储的目的，是常用于缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式。
正文一、相变储热材料应用的意义当今社会能源短缺及环境污染成为我们所面临的重要难题。
开发利用可再生能源对节能和环保具有重要的现实意义。
发展热能存储技术尤为重要，热能存储就是把通过一定的方式把占时应用不到应用不完的多余的热和废热存储起来，适时还可以另作他用。
该技术在太阳能的利用、电力的“移峰填谷”、气废热和余热的回收利用、工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景，目前已成为世界范围内的研究热点。
二、相变储能材料分类及材料的选择1、相变储热材料的分类（1）从材料的化学组成来看，主要分为无机相变材料和有机相变材料。
无机相变材料包括结晶水合盐、熔融盐和金属合金等无机物。
与无机类相变储能材料相比，有机类相变储能材料具有无过冷及析出，性能稳定，无毒，腐蚀等优点。
其中石蜡类相变潜热量大、相变温度范围广、价格低，所以在相变储能材料的研究使用中受到广泛的重视。
但石蜡类相变储能材料热导率较低，也限制了其应用范围。
为有效克服石蜡类有机化合物相变储能材料的缺点，同时改善相变材料的应用效果及拓展其应用范围，复合相变储能材料应运而生。
复合相变材料由较稳定的有机化合物和具有较高导热系数的无机物颗粒制备而得，因而复合相变材料具有稳定的化学性质，无毒无腐蚀性或毒性和腐蚀性小。
同时它的导热能力较有机物有较大的改善。
（2）从蓄热过程中材料相态的变化方式来看，分为固-液相变、固-固相变、固-气相变和液-气相变四类。
贮热相变材料
白色粉末状结晶。密度1.395g/cm3。熔点261～262℃。 沸点（4kPa)276℃。燃点＜370℃。气化热＜92kJ/mol， 升华热131.5kJ/mol。
易被一般有机酸酯化，与稀烧碱溶液同煮无反应。15℃ 时1g溶于18mol水。溶于乙醇、甘油、乙二醇、甲酰胺。 不溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和石油醚等。
溶解熵 kJ/kgK
0.622 0.452 0.428 0.459 0.430 0.404 0.705 0.332 0.259 0.199 0.220 0.194 0.246 0.175 0.641
密度 kg/m3
2.80 2.16 2.48 2.32 2.70 1.74 2.37 1.99 2.53
2.75 1.55 3.46 2.69 2.13
21
附表12-1Al的比热（ kJ/kgK ） 、潜热（ kJ/kg ）值
文献
1
2
3
4
5
6
固态比热
1.29 1.084 0.949 0.920 0.953 0.912-1.031
液态比热
1.20
潜热
400 395.7 388 400 387 342-405
11
1、贮热相变材料的相变形式
相变图
12
附表8 固-固相变材料相变物性表
材料名称
Pentaerythritol季戊四醇 C(CH2OH)4 Pentaglycerine五甘氨酸 Li2SO4 Cross-linked polyethene交联聚乙烯 KHF2 Neopentyl glycol新戊二醇C5H12O2
14
硫氰化铵固固相变 固液相变
15
2.贮热相变材料的分类
相变储能材料的制备及性能分析
相变储能材料的制备及性能分析相变储能材料是一种具有快速储存和释放大量热量的材料，因此在能量储存领域具有广泛的应用前景。
在本篇文章中，我们将探讨相变储能材料的制备方法和其性能。
一、制备方法相变储能材料的制备方法主要有物理方法和化学方法两种。
1. 物理方法物理方法通过刻蚀、蒸发、溅射、热蒸发等手段直接制造相变储能材料。
这些方法可以获得高质量的相变储能材料，但成本较高。
2. 化学方法化学方法主要通过溶剂法、沉淀法、水热法等方法制备相变储能材料。
这些方法成本较低，但制造的材料可能存在杂质或缺陷。
二、性能分析相变储能材料具有以下重要性能：1. 热容量相变储能材料的热容量决定了其储存和释放热量的能力。
高热容量的材料可以储存更多的热量，从而提高其储能效率。
2. 相变温度相变储能材料的相变温度是其最重要的性能指标。
在室温下，相变储能材料应该保持稳定状态，只有当其受到外界热量刺激时，才会发生相变。
相变温度的选择应根据具体应用场景进行考虑，例如太阳能集热器需要在较低温度下储存太阳能，而储能系统需要在更高的温度下储存能量。
3. 热稳定性相变储能材料在储存和释放热量过程中会产生热膨胀和收缩，这可能会导致材料的破坏。
因此，热稳定性是相变储能材料必须具备的重要性能之一。
4. 循环寿命相变储能材料需要经历多次储存和释放热量的循环，因此其循环寿命也是非常重要的。
如果一个相变储能材料只能循环使用几次，那么其实用价值就会受到极大限制。
5. 热传导性能相变储能材料的热传导性能决定了其储存和释放热量的速度。
良好的热传导性能可以提高材料的输出功率和输入功率，从而提高储能效率。
结论相变储能材料作为一种新型能量储存材料，其制备和性能分析尚处在不断的研究和探索中。
相信随着科学技术和应用需求的不断提高，其性能和应用领域将会得到更广阔的发展和应用。
物理实验技术中的材料热学性能测试方法与技巧
物理实验技术中的材料热学性能测试方法与技巧引言热学性能是描述材料传导热量特性的重要指标，对于材料的热传导、绝缘效果以及制冷技术的应用具有重要意义。
在物理实验中，研究材料的热学性能需要借助相应的测试方法和实验技巧。
本文将介绍一些常见的材料热学性能测试方法和技巧，以期对读者的研究和实验工作有所启发。
一、热导率测试方法及技巧热导率是材料热学性能中的重要参数，它描述材料在温度梯度下传导热量的能力。
常用的热导率测试方法包括热板法、热管法和热流计法。
1. 热板法热板法是一种常见的热导率测量方法，它通过测量材料上的温度梯度和热通量，计算得出热导率。
在实验中，需要注意以下几点技巧：- 确保热板与材料表面间的良好接触，使用适当的压力或热导率测量胶固定材料和热板。
- 控制环境温度和湿度，避免外界因素对实验结果的影响。
- 减小热辐射对实验的干扰，使用合适的屏蔽措施或选择较低的测试温度。
- 测量前后要进行校准，保证测试结果的准确性。
2. 热管法热管法是一种基于热管原理的热导率测试方法。
通过利用热管内的工作介质，在温度梯度作用下传热，测量介质两端的温度差和热流量，计算出热导率。
使用热管法进行热导率测试时需注意以下技巧：- 选择适当的工作介质和热管材料，使测试结果更加准确。
- 控制好测试环境的温度和湿度，保证实验条件的稳定。
- 测量过程中要小心操作，避免对热管和介质产生不良影响。
3. 热流计法热流计法是一种间接测量热导率的方法，通过测量材料中的热流和温度分布，计算得出热导率。
在进行热流计法实验时，需要注意以下技巧：- 确保热流计与材料表面之间的良好接触，避免热接触电阻对测试结果的影响。
- 针对不同测试要求，选择适当的热流计类型和测量方法。
- 测量过程中要掌握技巧，避免外界因素对实验结果的影响。
二、导热系数测试方法及技巧导热系数是描述材料热传导能力的重要指标，它与热导率密切相关。
常用的导热系数测试方法包括平板法、线热源法和悬臂梁法。
中科大相变储能课件02贮热相变材料的热物性和工作性能-3贮热相变材料的工作性能及研究方法
Grodzka P G. Phase Change Storage System. In: W.C.Dickinson, N.Cheremisimoff, Solar energy technology handbook, Part A: Engineering Fundamentals, Marcel Dekker, Inc., 1980.
8
过冷与结晶速率
KF.4H2O 熔点18.5 Na2SO4.10H2O熔点32.4 过冷——结晶 结晶速度低
Schroeder J, Gawron K. Latent heat storage, Energy Research, 1981; 5:103-109.
9
结晶类型
Grodzka 对冷凝和熔解过程涉及的物理过程进行了 全面地分析。
10
如图a，处于熔点温度Tm的溶液在隔热的容器 中被冷却，结晶簇都会以以下方式进行。 如果液体被快速冷却，而且成核较差，那么液 体可能仅被过度冷却而没有结晶。 更高的过冷可能导致液体转变为玻璃体。
11
B表示液相和固相都处于过冷，而结晶从 冷却的壁面有秩序地发展。暗示结晶速 度较慢。另外，材料内部的温度或多或 少是均匀的。
6
DSC解析难度高
解析DSC曲线决不只是一个技术问题，有时还 是一个困难的研究课题。因为解析DSC曲线所 涉及的技术面和知识面较广。为了确定材料转 变峰的性质，不但要利用DSC以外的其他热分 析手段，如DSC-TGA联用，还要借助其他类型 的手段，如DSC-GC联用，DSC与显微镜联用， 红外光谱及升降温原位红外光谱技术等。这就 要求解工作者不但要通晓热分析技术，还要对 其他技术有相应的了解，在此基础上结合研究 工作不断实践积累经验，提高解析技巧和水平。
相变材料热物性测试方法
（ ＤＳ Ｍ Ｃ）ａｅｕ ｉｅ ｓｌａ ｒｓｎ ． Ｏｔ ｅ ｎ ｌｅ ｔ Ｉｍｅｈ ｄ ｎ ｌｄ ｈ ｓｏ ｙ ｍｅｈ ｄ ａ ｄ ａ ｓｌ ｄ ｓｇ ｅ ｔ ｏ ｏ ｒ ｎｖ ｒａ ｔｐ ｅ ｅ ｔ ｈ ｒｉｆ ｎ ｉ ｔｏ ｓｉｃｕ ｅＴ－ ｉｔ ｒ ｔ ｏ ｎ ｅｆ ｅｉｎ ｄ ｍｅｈ ｄ ｆ ｒ ｕ ａ －
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ
ｐ ａｅｃ ａ ｇ ｔｒ ｌ ，ｔ ｅｍａ ｒ ｐ ｒｙ ｅｔｎ ｈ ｓ ｈ ｎ ｅｍａｅｉ ｓ ｈ ｒ ｌ ｏ ｅｔ ，ｔ ｓｉｇ ａ ｐ
相变材料热力学性能的评估方法与应用分析
相变材料热力学性能的评估方法与应用分析相变材料是一种特殊的材料，具有在特定温度范围内发生相变的能力。
相变过程中，材料的物理性质会发生剧烈变化，如热容、热导率、电导率等。
这些性质的变化使得相变材料在能量存储、传感器、温控设备等领域具有广泛的应用前景。
然而，要充分发挥相变材料的性能，需要对其热力学性能进行准确评估。
在评估相变材料的热力学性能时，首先需要确定其相变温度范围。
相变温度是指材料从一个相态转变为另一个相态的温度区间。
常见的相变温度包括熔点、凝固点、热化学反应的起始温度等。
确定相变温度范围的方法有很多，如差示扫描量热法、热差示法等。
这些方法通过测量材料在不同温度下的热容变化，可以确定相变温度的位置和宽度。
除了相变温度，相变材料的相变潜热也是评估其性能的重要指标之一。
相变潜热是指材料在相变过程中吸收或释放的热量。
相变潜热的大小直接影响相变材料在能量存储等应用中的效果。
常见的测量相变潜热的方法有差示扫描量热法、热量计法等。
通过这些方法，可以准确测量相变材料在相变过程中吸收或释放的热量，从而评估其能量存储性能。
除了相变温度和相变潜热，相变材料的热导率也是评估其性能的重要指标之一。
热导率是指材料在单位时间内传导热量的能力。
相变材料的热导率在相变过程中通常会发生显著变化，这与相变材料的微观结构和热传导机制有关。
测量相变材料的热导率可以采用热脉冲法、横向热阻法等方法。
通过这些方法，可以获得相变材料在不同温度下的热导率，从而评估其在热管理领域的应用潜力。
除了上述方法，还有其他一些方法可以评估相变材料的热力学性能。
例如，差示扫描量热法可以测量相变材料在相变过程中的热容变化，从而评估其热容性能。
电导率测量可以评估相变材料在相变过程中的电导率变化，从而评估其在电子器件等领域的应用潜力。
这些方法的选择应根据具体应用需求和实验条件来确定。
综上所述，相变材料的热力学性能评估是实现其应用的关键。
通过准确测量相变温度、相变潜热、热导率等指标，可以评估相变材料在能量存储、热管理、电子器件等领域的应用潜力。
储能材料相变过程传热特性实验研究
本文将核磁共振技术应用于石蜡固液融化探究实验,验证了实验 的可行性,实验上发展了新方法,并客观上验证了糊状区的存在, 为下一步的更深入研究石蜡相变规律和原理打下基础。
本文在实验模拟的基础上建立数值模型,通过数值模拟与实验结 果对比验证,并进一步探讨石蜡相变过程机理。研究了不同加热 温度对石蜡融化的影响,进一步分析糊状区内温度变化情况。
结果表明:石蜡液体受热产生自然对流,上部换热加剧导致融化 明显快于下部,糊状区上部会薄,下部石蜡仅仅依靠热量传导所 以糊状区明显厚于上部;在糊状区内同时存在石蜡固体和液体, 热量的传递伴随着石蜡的融化在此区域内进行,由于固液相变会 吸收热量,温度会稳定在石蜡相变温度;升高加热温度可以促进 相变过程,缩短融化时间。通过数值模拟与实验结果对比,两者 完全吻合。
首先搭建了相变过程观测实验台,实验研究石蜡融化表面迁移过 程及其特性,通过CCD高速摄像技术观测表面过程,重点观测固液 交界面迁移变化形态;然后搭建核磁共振技术相变试验台,通过 核磁共振对石蜡融化过程进行内部成像观测,进一步深入探究固 液交界面糊状区的微观形态和固体颗粒分布特征。实验结果表 明,改变加热温度对石蜡融化速度影响明显,升高加热温度可以 加快石蜡相变传热过程,使石蜡在单位时间吸收更多的热量,加 速自然对流提高整场能量传递速率;核磁共振技术对相变融化过 程进行成像观测,能对石蜡固液态进行有效的区分,并对固液交 界面糊状区微观形态进行清晰展示;在不同融化区域固液交界面 糊状区厚度是不同的,整体呈现上部糊状区较薄,下部糊状区较
储能材料相变过程传热特性实验研究
改善建筑外围护结构的保温隔热性能,有效利用可再生能源、工 业余热废热和地热等能源可有效减少能源消耗。相变储热是将 外界热量通过材料本身的物性变化积蓄在材料内,待外界条件变 化时再将能量向外界释放出来并加以利用。
相变材料储热量计算
相变材料储热量计算以相变材料储热量计算为标题，本文将介绍相变材料的基本概念及其在储热领域的应用。
相变材料是一种特殊的材料，具有在特定温度范围内进行相变的能力，可将热能在相变过程中吸收或释放。
这使得相变材料成为一种理想的储热材料，被广泛应用于太阳能热水器、暖通空调系统和储能设备等领域。
相变材料的储热原理是利用其固液相变或液气相变的特性，通过吸热或放热来实现热能的储存。
在相变材料的相变过程中，当温度升高或降低到相变温度时，材料的状态会发生改变，从而吸收或释放热量。
相变材料的储热量与其相变时的温度变化、质量、热容等参数相关。
相变材料的储热量计算需要考虑以下几个关键因素。
首先是相变温度，即相变材料进行相变的温度范围。
不同的相变温度可以满足不同的储热需求。
其次是相变热，即单位质量相变材料在相变过程中吸收或释放的热量。
相变热是决定储热性能的重要参数，通常通过实验测定获得。
相变热的大小与相变材料的种类和纯度有关。
此外，还需要考虑相变材料的质量和热容，这两个参数也会影响储热量的大小。
在实际应用中，通过对相变材料的储热量进行计算，可以评估其在不同工况下的储热性能。
计算储热量的方法可以采用传热学的原理，根据能量守恒定律和传热方程进行推导。
具体而言，可以利用储热材料的质量、热容和相变热来计算储热量。
例如，对于相变材料在相变过程中吸热的情况，可以使用以下公式进行计算：储热量 = 质量× 热容× 相变热其中，质量是相变材料的质量，热容是相变材料的热容，相变热是相变材料的相变热。
通过该公式，可以定量地计算出相变材料在相变过程中吸收或释放的热量。
除了计算储热量，还可以通过实验方法来测定相变材料的储热性能。
实验方法通常包括热量测定、温度测定和相变温度测定等步骤。
通过实验测定，可以获取相变材料在相变过程中的温度变化和相变热，从而评估其储热性能。
相变材料作为一种理想的储热材料，具有广泛的应用前景。
通过计算相变材料的储热量，可以评估其在不同工况下的储热性能，为相变材料的设计和选择提供参考。
相变储能材料热物性的测定方法
科技资讯2016 NO.34SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION学 术 论 坛223科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 相变材料(Phase Change Materials)是一种能够利用其本身的相变过程将过程余热、废热以及太阳能等吸收并存储起来,并在需要的时候将这部分能量释放出来的物质。
相变储能的原理就是利用相变材料在相变过程中对能量的吸收和释放作用达到对能量的存储。
随着全球工业的迅速发展,能源短缺问题日益体现,因此，我们迫切需要一种新的方法将浪费的能源回收利用或者将太阳能等新能源进行开发和利用。
相变储能以其较高的能量存储密度,较大的热容以及较小的体积和质量等优点在能源利用方面特别具有吸引力[1-2]。
相变储能材料在建筑工程中的应用主要有以下几个方面:将相变材料加入到建筑墙体中制成了具有相变功能的相变墙体,一般室外温度的变化对室内温度的影响很大,当室外温度较高的时候,相变墙体储存热量,当室外温度较低的时候,相变墙体释放热量,因此,室外环境温度变化的波动就被衰减或者延迟,人体的舒适度得到提高,同时空调和供暖系统的运行时间也得到了减少[3];将相变材料加入到混凝土中,利用相变材料热效应,降低大体积混凝土内外及各部位的温度梯度,控制大体积混凝土的内部温度应力,能够防止大体积混凝土温度裂缝的形成[4]。
随着相变储能的深入研究,我们需要知道相变材料的热物理性质,从而筛选出较为合适的相变材料,现阶段比较常用的测量方法有差示扫描量热法(DSC)和参比温度曲线法(T-history),该文主要介绍相变材料的两种测试方法的原理及其在实际中的应用。
1 测试方法的原理介绍1.1 差示扫描量热法(DSC)1.1.1 差示扫描量热法的原理差示扫描量热法就是在程序控制温度下,将有相变的样品与在测定温度范围内不发生相变的参照物进行比较,测量两者的功率差或者温度关系的一种方法。
相变蓄能系统热性能分析模型和方法
第 1 页筑龙网w w w. s i n o a e c. c o m 《相变蓄能系统热性能分析模型和方法》资料编号：W Z T U 8 3 1 -3 1 3 4 -2 0 0 0 1 0相变蓄能系统热性能分析模型和方法张寅平 康艳兵 江亿 朱颖心 粟燕[摘要]：针对不同类型的相变储能系统和不同特性的相变材料，建立了相应的热性能分析模型，它们对相变储能系统的设计和性能优化具有指导意义[中图分类号]：WZTU8311．引言近年来，相变贮能在太阳能利用、区域供热和供冷、建筑节能系统、空调蓄冷和一些余热回收系统中的应用日趋广泛[1-4]。
相变贮能系统应用中，系统性能设计和结构优化是关键的问题，它的解决一方面依赖于实验，一方面（也许是更大程度上）依赖于模拟分析。
而模拟分析的基础是建立考虑蓄能系统特点第 2 页筑龙网 w w w.s i n o a e c.c o m 《相变蓄能系统热性能分析模型和方法》 资料编号：W Z T U 831-3134-200010的理论模型。
相变蓄热系统形式虽很多，但一般说来，有一共同特征，即它由相变单元体重复构筑而成，这些单元体有球体、圆管、矩形体甚至无规则体。
图1为一些常见结构蓄能系统的示意图。
就相变材料而言，在相变过程中其性能有所不同：相变材料融化过程中固液态密度差可忽略或不能忽略，相变温度为一点或一区间。
我们的研究表明：对由相变单元体重复构筑而成的相变蓄热系统存在通用的热性能分析模型，对不同性能的相变材料，可以藉通用模型方便地分析系统的凝固和融化过程，实现系统的性能仿真。
下面对此作一简单介绍。
2．通用理论模型由任意形状的相变单元体重复构筑而成的相变蓄热系统如图2所示。
充冷时，温度低于相变凝固点的冷流体流过相变单元体，使单元体内相变材料不断凝固，将冷量以潜热的形式储存于其中；放冷时，堆积床内通过温度高于相变材料融点的热流体，使单元体内相变材料不断融化，将所蓄冷量放出。
相变材料的热学性能测试与评价
相变材料的热学性能测试与评价相变材料是一种具有特殊热学性质的材料，其在特定温度范围内可发生相变，从一个物态转变为另一个物态。
这种相变过程伴随着热量的吸收或释放，因此相变材料具有优异的储能和调温功能。
为了评价相变材料的热学性能，需要进行一系列的测试和评价。
首先，对相变材料的相变温度进行测试。
相变温度是指相变材料从一个物态转变为另一个物态所需要的温度。
常见的相变材料有固液相变材料和固气相变材料，因此需要分别测试其熔点和沸点。
通过热差示扫描量热仪等仪器，可以准确地测定相变材料的相变温度。
其次，对相变材料的相变潜热进行测试。
相变潜热是指相变过程中单位质量的热量变化。
相变潜热的大小直接影响相变材料的储能能力。
常见的测试方法是差示扫描量热仪，通过测定相变材料的热容和温度变化，可以计算得到相变潜热。
除了相变温度和相变潜热，还需要测试相变材料的热导率。
热导率是指单位时间内单位面积的热量传导量。
相变材料的热导率对于其在储能和调温过程中的热量传递效率至关重要。
常见的测试方法有热导率仪，通过测定相变材料的温度梯度和热流量，可以计算得到热导率。
此外，还可以对相变材料的循环稳定性进行评价。
循环稳定性是指相变材料在多次相变循环中性能的保持程度。
相变材料的循环稳定性直接影响其在实际应用中的可靠性和使用寿命。
通过多次循环测试，观察相变材料的相变温度、相变潜热和热导率是否发生变化，可以评估其循环稳定性。
最后，还可以对相变材料的微观结构进行表征。
相变材料的微观结构对其热学性能有着重要影响。
通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜等仪器，可以观察相变材料的晶体结构、晶粒尺寸和晶界等微观结构特征，从而深入了解其热学性能。
综上所述，相变材料的热学性能测试与评价是一个复杂而重要的过程。
通过对相变温度、相变潜热、热导率、循环稳定性和微观结构的测试和评价，可以全面了解相变材料的性能特点，为其在储能、调温等领域的应用提供科学依据。
相变材料的研究和应用前景广阔，相信在不久的将来，相变材料将在能源领域、建筑领域等方面发挥重要作用。
相变储能材料的理论模型与实验验证研究
相变储能材料的理论模型与实验验证研究随着人们对可再生能源的需求增加，各种储能技术也得到了广泛应用。
相变储能技术是其中的一种，它的主要原理是利用材料的相变储存或释放热量。
这项技术在节能减排和缓解电网负荷上具有广泛应用前景。
与此相关的，就是相变储能材料的理论模型和实验验证研究。
1. 相变储能材料的原理相变储能材料是通过材料相变过程储存和释放热量，以达到储能的目的。
这种材料通常被称为相变材料 (PCM)。
相变过程中，材料的固-液相变或液-气相变所需要的潜热量是很大的，因此，相变材料可以在相变时吸收或释放大量的热量。
相变材料的应用范围广泛，可以用于建筑保温、太阳能热水器、电子设备降温、汽车制冷等领域。
相变材料的应用主要涉及到能量的存储和释放问题。
在建筑物的节能保温中，相变材料可以在夜间吸热，在白天释放热量，提高建筑物的热力性能，降低冷热源能量消耗。
2. 相变储能材料的理论模型相变储能材料的理论模型可以用来描述相变过程中的热力学行为和热传导机制。
目前，相关研究主要集中于相变储能材料的热力学性质、相变热和相变温度等方面。
在这些研究中，通常利用热力学和热物理学的定理建立数学模型，用于计算相变过程中的热量传递和热交换等问题。
研究者们已经建立了多种相变储能材料的理论模型，如蜡烯(PCMs)的模型、油脂类PCM的模型、银基相变材料的模型等。
其中，比较典型的蜡烯材料，由于其相变温度较低，应用上更为便捷，因此研究者对其建立的数学模型也更为深入和完整。
3. 相变储能材料的实验验证相变储能材料的实验验证通常是利用实验室制备的样品进行测量。
研究者们通过测量相变材料的热容量、相变热和相变温度等实验数据，来验证相变材料的储能性能和理论模型的准确性。
这些实验通常采用一些精密的热物理性能测试系统，如DSC热分析仪、热差示扫描量热仪等。
通过实验的方法来验证理论模型，是加深对储能材料热力学和热传导机制认识的有效方法。
研究者的实验数据可以指导储能材料的应用和性能提升，也可以为建立更精确的理论模型提供有力证据。
相变的热力学性质和相变点的测定
相变的热力学性质和相变点的测定相变是物质在一定条件下由一种物态转变为另一种物态的过程。
在这个过程中，物质的热力学性质会发生显著的变化。
相变的热力学性质和相变点的测定是研究相变现象的重要内容。
首先，我们来了解相变的热力学性质。
相变过程中，物质的熵、焓和自由能等热力学函数会发生突变。
以固液相变为例，当物质从固态变为液态时，其熵会增加，而焓和自由能则会减小。
这是因为在相变过程中，分子的排列方式发生了改变，分子之间的相互作用也发生了变化，导致热力学函数的变化。
相变的热力学性质还包括相变潜热和相变熵。
相变潜热是指在相变过程中单位质量物质吸收或释放的热量。
以固液相变为例，当物质从固态变为液态时，吸收的热量称为熔化潜热，而当物质从液态变为固态时，释放的热量称为凝固潜热。
相变熵则是指在相变过程中单位质量物质的熵变。
相变熵的正负取决于相变过程中分子的有序程度的变化，一般来说，固液相变的相变熵是正值。
相变点是指物质在一定条件下发生相变的温度和压力。
相变点的测定是研究相变现象的重要手段之一。
常见的相变点包括熔点、沸点和临界点等。
熔点是指物质从固态转变为液态的温度，沸点是指物质从液态转变为气态的温度，临界点是指物质在一定压力下液态和气态之间不存在相变的温度。
相变点的测定可以通过实验方法进行。
常用的方法包括差热分析法和差压分析法。
差热分析法是通过测量物质在相变过程中吸收或释放的热量来确定相变点。
差压分析法则是通过测量物质在相变过程中的压力变化来确定相变点。
这些方法可以通过实验仪器和技术来实现，如差热分析仪和差压计等。
除了实验方法外，理论计算方法也可以用于相变点的测定。
热力学模型和分子模拟方法可以通过计算物质的热力学函数和相变熵来确定相变点。
这些方法基于物质的分子结构和相互作用力，可以预测相变点的位置和性质。
然而，由于物质的复杂性和相变过程的多样性，理论计算方法在实际应用中仍存在一定的局限性。
总之，相变的热力学性质和相变点的测定是研究相变现象的重要内容。
第02讲 贮热相变材料热物性的测定方法
22
应用通常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配套使用。 直接测量生产现场存在碳氢化合物等爆炸物的-200℃～500℃范
围内液体、蒸汽和气体介质以及固体表面测温。 该系列一般用于易燃，易爆而又对产品机械性能，精度有所要求 的场所。 特点 1.压簧式感温元件，抗振性能好； 2.测量精确度高； 3.毋须补偿导线，节省费用； 4.进口薄膜电阻元件,性能可靠稳定； 工作原理 隔爆热电阻利用间隙隔爆原理，设计具有足够强度的接线盒 等部件，将所有会产生火花、电弧和危险温度的零部件都密 封在接线盒腔内，当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄 火和冷却，使爆炸后的火焰和温度传不到腔外，从而进行测 温。 常温绝缘电阻防爆热电阻在环境温度为15～35℃，相对湿度不大 于80%，试验电压为10～100V（直流）电极与外套管之间的绝缘 电阻≥100MΩ
差热分析法 (Differential Thermal Analysis, DTA)； 差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry, DSC)
3
温度测量理论
热力学第零定律
1.
2.
3.
4.
如果两个热力学系统中的每一个都和第三个热力学系统处于 热平衡，那么，它们彼此也必定处于热平衡。这个结论叫做 热力学第零定律。 热力学第零定律为建立温度概念提供了实验基础。这个定律 反映出,处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一 个共同的宏观特征，这个特征就是由这些互为热平衡系统的 状态所决定的一个数值相等的状态函数。这个状态函数被定 义为温度。 定义是定性的。只能判断两系统的温度相等或不等，只是标 定而非测量。 通常物理量测量都是用标准单位的整数或小数表示。
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11
国际温标(ITS-90)的固定点
物质a He e-H2 e-H2 e-H2 Ne* O2 Ar Hg H2O 平衡态b VP TP VP(CVGT) VP(CVGT) TP TP TP TP TP 温度T90/K 3～ 5 13.8033 ～17 ～20 24.5561 54.3358 83.8058 234.3156 273.16 物质a Ga* In* Sn Zn Al* Ag Au Cu* 平衡态b MP FP FP FP FP FP FP FP 温度T90/K 302.9146 429.7485 505.078 692.677 933.473 1234.94 1337.33 1357.77
气体温度计
气体温度计的原理是基于PV/T=常数，分为定容气体温度计和 定压气体温度计,多用氢气或氦气作测温物质. 1. 定容气体温度计是气体的体积保持不变，压强随温度改变。 2. 定压气体温度计是气体的压强保持不变，体积随温度改变。 定压气体温度计精度高，测量范围大（-260 ℃~160 ℃），性 能稳定，可用作温度标准器。但结构复杂，操作，使用和修正 麻烦。故除在高温范围外，实际工作中一般者使用定容气体温 度计。
个固定的数值，而和其他性质如压强等无关。 这一结论又叫做Nernst(能斯脱)热定理。 2. 不可能用有限的手续使系统冷却到绝对零度。 这个结论叫做绝对零度不可到达原理。
Left side: Absolute zero can be reached in a finite number of steps if S(0,X1)≠S(0, X2). Right: An infinite number of steps is needed since S(0,X1)= S(0,X2).
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热电偶
B、E、K、J、 R、 S、T七种标准化热电偶 S热电偶 铂铑10-铂 0℃-1300℃ B热电偶 铂铑30-铂铑6 600 ℃ -1700 ℃ E热电偶 镍铬-铜镍 -40 ℃ - 800 ℃ K热电偶 镍铬-镍硅 -40 ℃ -1000 ℃ R热电偶 铂铑13-铂 0 ℃ -1400 ℃ J热电偶 铁-康铜 -200 ℃ - 600 ℃ T热电偶 铜-康铜 -100 ℃ - 400 ℃ N热电偶 镍铬硅-镍硅镁 -40 ℃ -1300 ℃
3
温度测量理论
热力学第零定律
1. 2.
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4. 5.
如果两个热力学系统中的每一个都和第三个热力学系统处于 热平衡，那么，它们彼此也必定处于热平衡。这个结论叫做 热力学第零定律。 The zeroth law of thermodynamics states that if two separate thermodynamic systems are each in thermal equilibrium with a third, then all three are in thermal equilibrium with each other. 热力学第零定律为建立温度概念提供了实验基础。这个定律 反映出,处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一 个共同的宏观特征，这个特征就是由这些互为热平衡系统的 状态所决定的一个数值相等的状态函数。这个状态函数被定 义为温度。 定义是定性的。只能判断两系统的温度相等或不等，只是标 定而非测量。 通常物理量测量都是用标准单位的整数或小数表示。
第二章
贮热相变材料的热物性和工作性能
第一部分
焦冬生 热科学和能源工程系
1
提纲
贮热相变材料热物性 理论计算相变潜热 改善相变材料的热物性
导热系数和比热容
2
一、贮热相变材料的热物性及测定方法
相变材料的热物性
相变温度、相变潜热、导热系数、比热容、密度、膨胀系数
温度测量 热量测量 一般卡计法； 热分析法
温标。
并规定：
Q2 Q1
2 1
称为热力学温标
定义水的三相点温度(热力学温标)θtr=273.16 K
由卡诺定理得到的热力学温标，温度才有“比”
意义上的测量.
7
温度测量理论
理想气体状态方程
PV nRT
测量成为可能
8
温度测量理论
热力学第三定律
1. 当温度趋向于绝对零度时，系统的熵趋向于一
14
热电偶温度计简介
热电偶
15
在1821年德国医生塞贝克在实验中发现热电效
应以来，经珀尔帖、汤姆逊以及开尔文等科学 家的大量研究，热电效应理论得到了不断的发 展，并日趋完善。 塞贝克通过实验发现一对异质金属A、B组成的 闭合回路中，如果对接点a加热，那么，a,b两 接点的温度就会不同，温度不同，就会有电流 产生，使得接在电路中的电流表发生偏转。这 一现象现今称为温差电效应或塞贝克效应，相 应的电势称为温差热电势或塞贝克电势，它在 热电偶回路中产生的电流称为热电流。
4
温度测量理论
热力学第二定律 热量总是自发地从高温物体(系统)传到低温物 体。 功可以全部转化为热，但任何热机不能全部地、 连续不断地把所获得的热量转变为功。 第二定律从热量自发流动的方向判别出物体温
度的高低。
The second law of thermodynamics states that "Every
process occurring in nature proceeds in the sense in which the sum of the entropies of all bodies taking part in the process is increased.
5
温度测量理论
卡诺定理
18
热电动势由两部分电动势组成，
1. 一部分是两种导体的接触电动势， 2. 另一部分是单一导体的温差电动势。
热电偶原理示意图
19
热电偶的基本定律
1、均质导体定律 如果热电偶回路中的两个热电极材料相同，无论两 接点的温度如何，热电动势为零。 2、中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体 的两接点温度相同，则回路中总的热电动势不变。 3 、标准电极定律 如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产 生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所 产生的热电动势也就已知。
差热分析法 (Differential Thermal Analysis, DTA)； 差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry, DSC)
导热系数
稳态法（Steady-state methods） 瞬态法（Transient methods）
a. e-H2指平衡氢，即正氢和仲氢的平衡分布，在室温下正常氢含75%正氢、 25%仲氢；* 第二类固定点 b. VP-蒸汽压点；CVGT-等容气体温度计点；TP-三相点(固、液和蒸汽三 相共存的平衡度)；FP-凝固点和MP-熔点(在一个标准大气压101325Pa下， 固、液两相共存的平衡温度)，同位素组成为自然组成状态。 12
10
温标
Temperature scales differ in two ways: the point chosen as zero degrees, and the magnitudes of incremental units or degrees on the scale. The Celsius scale (°C) is used for common temperature measurements in most of the world. It is an empirical scale. It developed by a historical progress, which led to its zero point 0 °C being defined by the freezing point of water, with additional degrees defined so that 100 °C was the boiling point of water, both at sea-level atmospheric pressure. Because of the 100 degree interval, it is called a centigrade scale. Since the standardization of the kelvin in the International System of Units, it has subsequently been redefined in terms of the equivalent fixing points on the Kelvin scale, and so that a temperature increment of one degree celsius is the same as an increment of one kelvin, though they differ by an additive offset of 273.15. The United States commonly uses the Fahrenheit scale, on which water freezes at 32 °F and boils at 212 °F at sea-level atmospheric pressure. Many scientific measurements use the kelvin temperature scale (unit symbol K), named in honor of the Scottish physicist who first defined it. It is a thermodynamic or absolute temperature scale. Its zero point, 0K, is defined to coincide with coldest physically-possible temperature (called absolute zero). Its degrees are defined through thermodynamics. The temperature of absolute zero occurs at 0K = -273.15°C (or −459.67 °F), and the freezing point of water at sea-level atmospheric pressure occurs at 273.15K =0°C.