定形相变材料的研制及热性能分析
定形相变储能建筑材料的制备及热性能研究的开题报告
定形相变储能建筑材料的制备及热性能研究的开题报告1. 研究背景和意义建筑行业是全球能耗的重要领域，其中空调、采暖和照明等能耗占比较高。
为了降低建筑能耗，节能建筑材料的研究和应用成为了当今建筑行业的热点。
相变储能建筑材料是一种新型的节能建筑材料，其利用相变物质在相变过程中释放或吸收大量的潜热来调节室内温度，实现建筑能耗的降低。
因此，相变储能建筑材料的制备及热性能研究具有很高的研究价值和社会意义。
2. 研究内容和目标本研究的主要内容是制备一种新型的相变储能建筑材料，并对其热性能进行系统的研究。
具体研究内容包括以下几个方面：（1）建立相变储能建筑材料的制备方法，选择相变材料和载体材料；（2）制备相变储能建筑材料，通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等手段对其微观结构进行表征；（3）采用差示扫描量热仪（DSC）、热重分析仪（TGA）、热流计等测试方法对相变储能建筑材料的热性能进行研究；（4）探究相变储能建筑材料温度响应、储能和释能特性及其对建筑能效的影响。
本研究的目标是制备出性能优良的相变储能建筑材料，并对其热性能进行深入研究，为相变储能建筑材料的应用提供一定的理论和实践基础。
3. 研究方法本研究采用实验研究方法，具体实验包括以下几个方面：（1）制备相变储能建筑材料：选择适合的相变材料和载体材料，通过溶胶凝胶法、自组装法等方法制备出相变储能建筑材料；（2）材料的物理化学性质表征：使用SEM、XRD等手段对材料的组成和微观结构进行表征；（3）材料的热性能测试：采用DSC、TGA、热流计等方法对材料的储能和释能特性、温度响应特性进行研究；（4）建筑模拟测试：在模拟建筑环境下对相变储能建筑材料的应用特性进行测试。
4. 预期结果通过本研究，预期可以制备出具有较高热储能性能的相变储能建筑材料，并对其热性能进行深入研究。
同时，可以探究相变储能建筑材料的温度响应、储能和释能特性以及对建筑能效的影响，为相变储能建筑材料的应用提供理论和实践基础。
金属材料的相变与热力学分析
金属材料的相变与热力学分析金属材料是广泛应用于工业生产和日常生活中的重要材料之一。
在金属加工和利用过程中，了解金属材料的相变行为以及热力学特性对于改善材料性能和工艺效率至关重要。
本文将对金属材料的相变与热力学进行分析。
一、相变的概念及分类相变是指物质在一定条件下从一种相转变为另一种相的过程。
对于金属材料来说，常见的相变形式包括固-固相变、固-液相变、液-气相变等。
其中，固-固相变是指金属的晶体结构发生改变，而固-液相变是指金属由固态转变为液态，液-气相变则是指金属由液态转变为气态。
二、金属材料相变的热力学分析热力学是研究物质性质与热力学过程之间关系的学科。
金属材料的相变过程受热力学第一和第二定律的制约。
1. 热力学第一定律根据热力学第一定律，能量在相变过程中是守恒的，即相变前后系统的能量总和不变。
金属材料的相变过程中，吸收或释放的热量可以通过热力学分析来估计。
2. 热力学第二定律根据热力学第二定律，自发进行的相变过程是使系统熵增加的过程。
金属材料的相变过程中，热力学分析可以用来计算相变的熵变，从而评估相变的自发性和可逆性。
三、金属材料相变的影响因素金属材料的相变受多种因素的影响，包括温度、压力、化学成分等。
1. 温度温度是影响金属材料相变的重要因素。
随着温度的升高或降低，金属的相变温度也会相应地改变。
2. 压力在高压下，金属材料的相变温度可能会显著改变。
压力对金属的相变规律有一定的影响。
3. 化学成分金属材料的化学成分也会对其相变行为产生影响。
合金中的不同元素可能导致相变温度的改变和相变形式的差异。
四、金属材料相变的应用金属材料的相变特性可以广泛应用于材料工程和制造过程中。
1. 热处理通过控制金属材料的相变过程以及相变温度，可以实现对材料的硬度、强度和导电性等性能的调控，从而满足不同应用需求。
2. 材料制备相变过程对金属材料的制备有着重要的影响。
例如，通过调控相变过程可以制备出微观结构均匀的金属材料，提高其机械性能和腐蚀抗性。
相变材料种类及优缺点比较综述
为了提高热导率，相变材料装在浅而大的盘状容器中；也可以将PCM装入有导热流体包围的小圆柱管中；或者是壳管换热器的壳中。
部分填充PCM的蜂窝结构，以及将PCM置于球状的塑料容器中（即相变胶囊），很好的解决了相变时体积变化导致泄漏、导热面积减小引起热阻增大的问题。
组合相变材料直接接触的换热器固—固相变材料水和盐与不溶流体的使用，扰动解决了PCM的过冷和相隔离的问题，而且微/纳胶囊较大的面积/体积比，使得导热率加强。
材料在固态、液态、气态中发生转变的过程叫做相变。
材料在相变过程中，会放热或者吸热，而物体会维持恒温。
而这种特性为我们热控制带来了福音。
相变材料是由多组分构成的,包括主储剂、相变点调整剂、防过剂、防相分离剂、相变促进相变材料的分类：按照其相变过程可分为固——固相变、固——液相变、固——气相变和液——气相变材料四种，目前应用较多的是固——液相变材料。
按照其化学组成可分为无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料。
无机相变材料包括结晶水合盐（可逆性不好）、熔融盐、金属合金等无机物;有机相变材料包括石蜡、羧酸、酯、多元醇等有机物;混合相变材料主要是有机和无机共融相变材料的混合物。
（多种相变材料混合可以获得合适的相变温度）三种各自的特点存在的问题：过冷、相分离、相变时体积变化、腐蚀容器、液相泄露；有机相变材料熔点低，易燃、导热率低。
近年来出现的产品：为解决固液相变时泄露和腐蚀，产生了胶囊相变材料，为增加表面积/体积比，微/纳米胶囊相变材料及其应用；定型相变材料综合了是将相变材料与高分子材料复合，既避免固-固相变材料潜热低的问题，又回避了固——液相变材料液体泄露的问题；金属泡沫相变材料等相变材料,应满足的要求有:合乎需要的相变温度;足够大的相变潜热;性能稳定,可反复使用;相变时的膨胀收缩性小;导热性好,相变速度快;相变可逆性好,原料廉价易得等。
改善相变材料导热性能的办法是，在相变材料中加人金属、陶瓷材料和热解石墨等导热系数高的填料，填料通常有以下结构形式:粉末、纤维、肋片及蜂窝；利用2种或者3种相变温度不同的材料按相变温度高低顺序进行放置，可得到合适的相变温度点，同时加快导热速度。
浅谈相变材料在建筑领域的研究进展
浅谈相变材料在建筑领域的研究进展摘要：利用相变材料的潜热特性，可实现能量的存储和利用，因此在建筑节能领域有着巨大的应用潜力，得益于节能减排战略需求引领。
近年来，我国对于相变材料的研究逐渐拓展和丰富，相变储能技术也取得了长足的进步。
本文介绍了相变材料的分类，深入探讨了相变材料在建筑领域的研究进展。
关键词：相变材料、建筑领域、研究进展一、相变材料的分类相变材料按组分类型可分为无机PCM、有机PCM和复合PCM三类。
其中，无机PCM主要有结晶水合盐、熔融盐类（如氟化物、碳酸盐、硝酸盐、卤化物等）；有机类PCM主要包括饱和脂肪烃，酸、醇以及酯类，如石蜡、季戊四醇等；复合类PCM则是包含2种及以上同类或不同类PCM，可以有效由于可克服单一相变材料的缺点，还可提高相变焓值、导热率、耐热性等，应用最为广泛。
按照发生的相态分类，最常见的是固液相变材料和固固相变材料。
固-液相变材料是指材料在发生固相与液相的相互转变时伴随热量的吸收和释放；而固-固相变材料是指固体发生晶格结构改变而放热或吸热。
固-液相变材料一般价格更低廉，相变循环和可逆性好，在建筑节能领域应用最广。
二、相变材料在建筑领域的研究进展（一）相变储能砂浆在由水泥、细骨料和外加剂等组成的砂浆基体中添加含复合相变材料的功能填料，经过配方优化后可制成相变储能砂浆，具有储能调温效果。
具体表现为，当白天太阳照射温度较高时，砂浆中的相变功能组分发生相变，热量经过围护结构传递时，被相变储能砂浆阻挡和吸收，因此传递到室内的热量大大削减，室内升温速度减慢；同理，当晚上室内寒冷时，砂浆中的相变功能组分发生相变，可将白天储存的热量释放到外界环境。
室内环境温度变动幅度减小，即可起到节能效果。
兰州交通大学、中国科学院西北生态环境资源研究院、中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司联合开发了一种新型相变储能砂浆。
首先用微波煅烧法制备石蜡/膨胀石墨相变材料，并通过对相变材料、水泥、砂、减水剂等各组分的复合工艺设计，制备出的相变砂浆克服了用于寒区建筑体的传统砂浆强度低、相变时易应力开裂、热焓值低等缺点。
定形无机水合盐相变材料的制备及热物性研究
定形无机水合盐相变材料的制备及热物性研究闫全英;刘超;孙相宇【摘要】制备了以高吸水性树脂作为支撑材料和保水剂的定形无机水合盐相变材料,将其添加到预制的墙体材料中,采用多点式热流计测量墙体低温侧的热流和温度,并与普通墙体材料及没有支撑材料的相变墙体材料的传热性能进行对比.结果显示,添加定形相变材料的墙体传热性能稳定,蓄热性能好,提高了室内热舒适性,达到了良好的节能效果.研究结果证明了此种定形相变材料在墙体材料中应用具有可行性.【期刊名称】《新型建筑材料》【年(卷),期】2019(046)007【总页数】5页(P79-82,110)【关键词】高吸水性树脂;相变材料;传热性能;墙体储能;节能【作者】闫全英;刘超;孙相宇【作者单位】北京建筑大学,北京 100044;北京建筑大学,北京 100044;北京建筑大学,北京 100044【正文语种】中文【中图分类】TU55+10 引言随着经济的快速发展，建筑能耗也随之增加。
近年来，相变储能材料应用的研究也得到了快速的发展。
无机水合盐相变材料具有价格低廉、潜热高、储热密度高等特点。
Diaconu[1]研究了具有2 层相变材料的复合相变墙体，从内墙到外墙的组成物分别是低熔点相变材料、传统绝热材料和高熔点相变材料，然后，通过该相变墙体构建的房间全年进行了模拟，得到了具有良好的节能效果的2 层相变材料的熔点值。
Karkri 等[2]用微胶囊石蜡和高密度聚乙烯进行混合配制成定形相变材料，微胶囊石蜡作为相变蓄能材料，高密度聚乙烯作定形材料。
结果表明，随着石蜡含量的增加复合相变材料的导热系数及扩散系数将会降低，潜热、显热及总热量随之增大。
Koschenz 等[3]将石蜡作为相变材料制成的相变天花板的传热性能用计算机进行模拟，结果表明，当换热效果与传统天花板相同时，添加相变材料的天花板的厚度要比传统天花板的厚度小很多，证明相变天花板具有良好的蓄热效果。
张清刚等[4]使用高吸水性树脂作为保水剂，制备了相变潜热为214 kJ/kg、相变温度为21～27 ℃的相变材料。
高导热定形聚乙烯／石蜡／膨胀石墨相变复合材料的研究
２ 实 验
２ ． １ 实 验 原 料
１ 引 言
相 变材料 的相变潜 热 蓄热 或者 蓄冷 具有 温 度 变化
高密 度聚 乙烯 （ ＨＤ Ｐ Ｅ 中空级 １ ７ ８ ９ ） ， 北 京利 是 行 技 贸 有 限责 任 公 司 ； 固体 切 片石 蜡 （ Ｐ ） ， 熔点 ６ Ｏ ～６ ２ ＾ Ｃ， 上 海华 申康 复 器 材厂 ； 天然 鳞 片 石 墨 ， 山东 南 墅 石 墨厂 ； 高氯酸， 天津试剂厂， 质量分数为 ７ ０ ％～ ７ ２ ％，
含量 ６ ５ （ 质 量分数 ） ） 。膨胀 石 墨 和 鳞 片 石 墨 的加 入 均 能提 高复合 材料 的 热 导 率 。膨 胀 石 墨 含 量 为 １ Ｏ
（ 质 量 分数 ） 时， 样 品 的 热 导 率 与 无 导 热 增 强 剂 样 品 相 比较 提 高 率 为 ５ ９ ４ ， 而 相 同 质 量 分 数 的 鳞 片 石 墨 热
的表 面活性 和 独特 的 网格 状空 隙结 构 。因此 膨胀 石 墨
既可 以作 为相 变 材料 的载 体 ， 又 能 作 为 相变 材 料 的导 热增 强剂［ １ ２ １ ３ ］ 。本 文 以高密 度 聚 乙烯 （ ＨＤ Ｐ Ｅ） 为 基 体 材料 ， 与石 蜡熔 融共 混 ， 然 后添 加膨 胀石 墨或 鳞 片石 墨 作为 导热 增强 体 ， 研 究 不 同石 墨类 型 和 含量 对 相 变 复
２ ． ２ 实 验 仪 器
பைடு நூலகம்
Ｓ 一 ４ ８ ０ ０电子 扫描 电镜 ； ＮＥ Ｔ Ｚ Ｓ Ｃ Ｈ ２ ０ ０ Ｆ ３差 示 扫 描 量热 仪 ； ＮＥ Ｔ Ｚ Ｓ Ｃ Ｈ Ｉ Ｆ Ａ ４ ４ ７ 激 光法 导热分 析仪 。
【材料分析方法】相变研究以及相变温度的确定方法
相变研究以及相变温度的确定方法材料科学与工程1121900133 缪克松关键词：相变研究是材料科学与工程中重要的一门研究，温度、压力等因素会诱发材料的相变，相变前后材料的微观结构的差异将使材料在物理性质、化学性质等方面发生较大程度的改变，从而决定了材料的应用范围。
温度作为材料在制备、加工、应用中常常面对的环境变量，对于相变的影响最为直观可控，本文就确定材料的相变温度介绍了几种方法。
关键词：相变温度；膨胀法；差示扫描量热法；X射线法；声发射法；电阻法1相变概述从广义上讲，构成物质的原子或分子的聚合状态、相状态发生变化的过程均称为相变。
[1]例如液相到固相的凝固过程、液相到气相的蒸发过程等。
相变前的相状态称为旧相或者母相，相变后的相状态成为新相。
固态相变发生后，新相与母相之间必然存在某些差别。
这些差别或者表现在晶体结构上（同素异构转变），或者表现在化学成分上（调幅分解），或者表现在表面能上（粉末烧结），或者表现在应变能上（形变再结晶），或者表现在界面能上（晶粒长大），或者几种差别兼而有之（过饱和固溶体脱溶沉淀）。
相变的发生往往收到外界环境的激发，温度是最直观也最容易控制的参数，通过对材料在不同温度下几种不同类型的相变的控制，就可以获得预期的组织和结构，充分发挥材料体系的潜能，因此，确定材料的相变温度十分有意义。
随温度的变化，材料在相变前后的差别可以作为检测材料相变温度的依据，本文所述的几种方法其基本原理都是通过比对材料随温度变化发生的改变从而来确定相变温度。
2 膨胀法2.1 原理物质的热膨胀是基于构成物质的质点间平均距离随温度变化而变化的一种现象，晶体发生相结构变化的同时总是伴随着热膨胀的不连续变化，因此相变过程中的热膨胀行为的测量是研究相变的重要手段之一。
将样品放入加热炉内，按给定的温度程序加热，加热炉和样品的温度分别由对应的热电偶进行测量，样品长度随温度变化而变化，同时样品支架和样品推杆的长度也发生变化，测量的长度变化结果是样品、样品支架和推杆三者长度变化总和。
太阳盐钢渣定型复合相变储热材料的制备与性能研究
过程工程学报The Chinese Journal of Process Engineering第21卷第3期2021年3月Vol.21 No.3Mar. 20213材料工程*DOI: 10 12034/j.issn.l 009-606X.220096Fabrication and characterization of form-stable solar salt/steel slag composite phase change material for thermal energy storageYan WANG 1'2, Yun HUANG 1-2*, Hua YAO 12, Xianggui XU 1, Qiao HUANG 12, Junlei WANG 1-2,Pusheng MA 3, Junsheng WANG 31. State Key Laboratory of Multiphase Complex Systems, Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing100190, China2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China3. Future Iron & Steel Research Institute of Ansteel Group Corporation. Beijing 102211, ChinaAbstract: Renewable energy has been activelydeveloped due to the global energy shortage andenvironmental pollution. The technology of thermalenergy storage (TES) is the key to deal with the instability of new energy. Because of its advantagesof high heat storage density and wide operating temperature range, molten salts have attractedextensive attention in the medium and hightemperature ranges. A form-stable solar salt/steelslag composite phase change material (PCM) wasdeveloped in this work for solving the problems of leakage, poor heat transfer performance and highcost of molten salts. The optimum mass ratio of steel slag and molten salt (solar salt) was obtained as 5:5. Themicrostructure, thermal property and chemical compatibility of the composites were characterized subsequently by scanning electron microscope (SEM), thermogravimetric-diflferential scanning calorimeter (TG-DSC), laser flash analysis (LFA) and X-ray diffraction (XRD), respectively. The results showed that there was no leakage as the composite material keeps good shape and compact microstructure. The composite material showed good chemicalcompatibility between molten salt and steel slag. The latent heat was 64.0 kJ/kg, the thermal energy storage densitywas 945 kJ/kg( 100-500 °C ) and the thermal conductivity was up to 2.23 W/(m K). Thus, the developed solar salt/steelslag composite PCM is not only of interest to the large-scale application of thermal energy storage, but also provide an excellent option for waste recycling in steel industry.Key words: thermal energy storage; steel slag; form-stable composite PCM; material preparation收稿：2020-03-20,修回：2020-05-18,网络发表：2020-06-10, Received: 2020-03-20, Revised: 2020-05-1 & Published online: 2020-06-10基金项目：国家自然科学基金面上项目（编号:21975262）:中国科学院洁净能源先导科技专项（编号:XDA21070302）；多相复杂系统国家重点实验室自主研究课题（编号:MPCS-2019-A-10）；国家重点研发计划项目（编号:2017YFB0903601）作者简介：王燕（1993-）,女，山东省'荷泽市人，硕I:研究生，化学工程专业，E-mail: ****************.cn :黄厶 通讯联系人，E-mail:***************.cn .引用格式：王燕，黄云，姚华，等.太阳盐/钢渣定型复合相变储热材料的制备与性能研究.过程工程学报,2021, 21(3): 332-340.Wang Y, Huang Y, Yao H, et al. Fabrication and characterization of form-stable solar salt/steel slag composite phase change material for thermal energy storage (in Chinese). Chin. J. Process Eng., 2021, 21(3): 332-340, DOI: 10.12034/j.issn J009-666X.220096.第3期王燕等:太阳盐/钢渣定型复合相变储热材料的制备与性能研究333太阳盐/钢渣定型复合相变储热材料的制备与性能研究王燕12,黄云12*,姚华12,徐祥贵1,黄巧12,王君雷12,马普生3,王军生彳1.中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室，北京1001902.中国科学院大学，北京1000493.鞍钢未来钢铁研究院，北京102211摘要：全球范围内的能源短缺和环境污染问题迫使人们积极开发可再生新能源。
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。
石蜡／膨胀石墨复合定形相变材料的制备及季节适应性研究
第３９卷 第１期 ２０２４年３月 西 南 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２０２４ＤＯＩ：１０．２００３６／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７１ ８７５５．２０２４．０１．００８收稿日期：２０２３－０５－１１；修回日期：２０２３－０７－１７作者简介：第一作者，杨琨（１９９７—），女，硕士研究生，Ｅ ｍａｉｌ：１３５６１８３９６４＠ｑｑ．ｃｏｍ；通信作者，马立（１９６９—），男，博士，教授，研究方向为建筑材料与建筑节能，Ｅ ｍａｉｌ：９０９９９２４８９＠ｑｑ．ｃｏｍ石蜡／膨胀石墨复合定形相变材料的制备及季节适应性研究杨 琨 马 立（西南科技大学土木工程与建筑学院 四川绵阳 ６２１０１０）摘要：以石蜡与白油混合制成的复合相变石蜡作为相变主体材料，以不同质量分数的膨胀石墨作载体材料，应用熔融共混方法，制备出５种不同比例的复合定形相变材料，对其进行吸附性能、热物性能测试，确定了复合定形相变材料的最优配比，并采用数值模拟方法研究该复合定形相变材料在冬、夏两季的适应性。
结果表明：复合定形相变材料的最优配比为：膨胀石墨的质量分数为７％，复合相变石蜡的质量分数为９３％，复合相变石蜡中５２＃切片石蜡与３＃白油质量比为５５∶４５；该配比复合定形相变材料的相变温度为２７．５℃，相变潜热为８３．５６Ｊ／ｇ，质量损失率为２．１２％，导热系数为０．５３１６Ｗ·ｍ－１·Ｋ－１；作为建筑外墙材料时，该复合定形相变材料能够平缓峰谷热流、减小温度波动，且在夏季的适应性强于冬季。
研制的石蜡／膨胀石墨复合定形相变材料有望作为建筑调温相变材料在夏热冬冷地区应用。
关键词：石蜡 膨胀石墨 相变材料 季节适应性中图分类号：ＴＢ３４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１－８７５５（２０２４）０１－００５１－０９ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＳｅａｓｏｎａｌＡｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＰａｒａｆｆｉｎ／ＥｘｐａｎｄｅｄＧｒａｐｈｉｔｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｈａｐｅｄＰｈａｓｅＣｈａｎｇｅＭａｔｅｒｉａｌｓＹＡＮＧＫｕｎ，ＭＡＬｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１０１０，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｍｅｌｔｍｉｘｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｆｉｖｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒａｔｉｏｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄ．Ｔｈｅｍａｉｎｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｗａｓｐａｒａｆｆｉｎｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｗｈｉｔｅｏｉｌ，ａｎｄｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｍａｔｅｒｉａｌｗａｓｅｘｐａｎｄｅｄｇｒａｐｈｉｔｅｗｉｔｈｖａｒｉｏｕｓｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｒａｔｉｏｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｗａｓｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｔｈｒｏｕｇｈａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔｓ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｉｎｗｉｎｔｅｒａｎｄｓｕｍｍｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｄｅａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓ７％ｅｘｐａｎｄｅｄｇｒａｐｈｉｔｅａｎｄ９３％ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｐａｒａｆｆｉｎ．Ｔｈｅｍａｓｓｒａｔｉｏｏｆ５２＃ｓｌｉｃｅｐａｒａｆｆｉｎｔｏ３＃ｗｈｉｔｅｏｉｌｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｐａｒａｆｆｉｎｉｓ５５∶４５．Ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ２７．５℃，ｌａｔｅｎｔｈｅａｔｏｆｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｉｓ８３．５６Ｊ／ｇ，ｍａｓｓｌｏｓｓｒａｔｅｉｓ２．１２％，ａｎｄｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｓ０．５３１６Ｗ·ｍ－１·Ｋ－１．Ｗｈｅｎｕｓｅｄａｓａｂｕｉｌｄｉｎｇｆａｃａｄｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｃａｎｓｍｏｏｔｈｏｕｔｐｅａｋａｎｄｖａｌｌｅｙｈｅａｔｆｌｏｗｓ，ｒｅｄｕｃｅｉｎｄｏｏｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ，ａｎｄｂｅｍｏｒｅａｄａｐｔａｂｌｅｉｎｓｕｍｍｅｒｔｈａｎｉｎｗｉｎｔｅｒ．Ｐａｒａｆｆｉｎ／ｅｘｐａｎｄｅｄｇｒａｐｈｉｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈａｐｅｄｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｅｘｐｅｃ ｔｅｄｔｏｂｅｕｓｅｄａｓｂｕｉｌｄｉｎｇｔｈｅｒｍｏｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｈｏｔｓｕｍｍｅｒａｎｄｃｏｌｄｗｉｎｔｅｒｒｅｇｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐａｒａｆｆｉｎ；Ｅｘｐａｎｄｅｄｇｒａｐｈｉｔｅ；Ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓ；Ｓｅａｓｏｎａｌａｄａｐｔａｔｉｏｎ 相变储能作为一种新型的热能储存技术，对“双碳”绿色发展目标的实现具有重要意义［１－２］。
相变材料传热强化的研究综述
相变材料传热强化的研究综述相变材料在蓄能技术中的应用展现了良好前景，但目前的部分有机相变材料存在着导热系数低的问题。
本文对近年来国内外针对相变材料的传热强化技术进行归纳分析，强化传热技术主要包括蓄能结构的优化、添加导热填料等强化方法，并探讨了未来相变材料强化传热的研究方向重点，认为相变材料的传热性能强化对提高整个蓄能系统的能效具有重要意义。
标签：相变材料；强化传热；导热系数；蓄热技术0 引言当今世界的能源的大量消耗，引起全球对节能减排的关注。
蓄能技术的研究和应用，已经成为开发新能源、提高能源利用率的关键技术，在风能、太阳能利用、工业余热废热的回收利用、空调节能等领域具有广阔的应用前景[1]。
热能是目前最为重要的能源之一，蓄热方式主要有三种：显热蓄热、化学反应蓄热、潜热蓄热3种[2]。
显热蓄热利用温度升降来蓄热，但蓄热密度小体积大且蓄热温度难以控制；化学反应蓄热利用化学反应的发生热蓄热，其技术复杂；潜热蓄热是通过相变材料相变时发生的吸热（放热）过程来储热（放热），其蓄热和放热过程近似等温，蓄热密度大且体积小[3]。
因此潜热蓄热方式容易控制运行，具有重要的实际应用价值。
潜热蓄热方式采用的相变材料（PCM - Phase Change Material）是指随温度变化而相变并能提供潜热的物质，在物理状态转变时，相变材料将吸收或释放大量的潜热，其过程温度近乎恒定且具有蓄熱密度高、蓄热结构体积小等优点[4]。
这些优点使得相变材料在太阳能利用和余热回收等方面都有十分广阔的应用空间。
但部分有机相变材料存在着导热率偏低的缺点，该不足导致蓄热系统传热性能较差，使系统的效率不高。
因此国内外都开始针对相变材料导热率低的问题进行了深入的研究。
1 蓄能结构优化1.1 肋片在蓄能系统中增加肋片，金属肋片能够增加额外的传热面积，增加流体热传导，是一种有效的强化传热的方法。
肋片一般为导热系数高的铜、铝等金属。
Bugaje[5]对20种低导热率的相变材料做了添加20%星状铝制肋片的研究实验，研究表明，铝制肋片增强传热效果明显，其蓄热时间减少2倍以上，放热时间减少4倍以上。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3.1.3 材料均匀性
我们分别在两个定形相变材料试样（组成材料一样，石蜡所占百分比不同）的4个不同部位分别取样进行DSC分析，得结果见图2，从图中我们可以看出同一试样不同部位相变潜热值差别不大，差别在10%以内，说明定形相变材料中石蜡分布较均匀。
3．1．4 潜热测定及石蜡掺混比临界值讨论
图2 试样不同部位潜热值测试结果
图3 60#石蜡DSC测试曲线
图4 定形相变材料（石蜡占70wt%）DSC测试曲线
图5 定形相变材料（石蜡占90%）DSC曲线
图6 不同比例石蜡的定形相变材料的潜热测试值
从60#石蜡DSC测试曲线（图3）可以看出，60#石蜡有两个相变峰，每个相变峰出现在40℃附近，较小，第二个相变峰出现在60℃，较大。
从定形相变材料的DSC曲线（图4，5）中同样可以看到这两个相变峰，聚乙烯熔融的峰出现在120℃附近。
可以看到两者的温度差约为60℃，能够保证在定形相变材料中石蜡发生相转变由固态变成液态时，聚乙烯能支撑结构使得材
料形态不变。
由DSC测得的相变热和用石蜡所占百分比概算得的结果差别不大。
图6为含不同比例的石蜡的定形相变材料的潜热，石蜡含量在70%～90%之间，材料的相变热在130～175kJ/kg，可以看出潜热值随石蜡所占比例增加近似线性增加。
为了实现支撑材料的对整体结构的支撑作用，支撑材料在定形相变材料中所占比例应有一个下限，即石蜡所占比例有一个上限，在制备定形相变材料时，石蜡比例达到90%时，定形相变材料有一些渗出现象，所以石蜡在定形相变材料所占质量百分比的不宜大于90%。
3．1．5其他
用HDPE和60#石蜡混和，石蜡掺混比达到80wt%时，定形相变材料性能较好，材料潜热测量值达到144.4kJ/kg。
3．2 扫描电子显微镜分析结果
利用扫描电子显微镜对用低压聚乙烯和60#半精炬石蜡（熔点60～62℃）制成的定形相变材料进行了结构分析。
对定形相变材料的脆断面进行了拍照观察，然后用有机溶剂溶去石蜡对HDPE构架进行了观察。
图7 定形相变材料扫描电镜结果（1500倍）
图8 定形相变材料扫描电镜结果（3000倍）
对定形相变材料断面用有机溶剂浸泡后溶去石蜡后的表面分析，得到图7和图8 的扫描电镜照片。
浅色部分为聚乙烯的形成的骨架，深色的部分为石蜡被浸泡溶去后形成的凹陷。
可以看到，定形相变材料分布较均匀，聚乙烯形成了空间的网状结
构。
在石蜡熔融时，聚乙烯能够起到的支撑和封装作用，使材料的整体武装不发生变化。
4 结论
可用不同类型的高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯等一系列高分子材料作为支撑和微封装材料，不同熔点、不同类型的石蜡作为相变材料，制备系列定形相变材料，其中石蜡质量百分比可达80%，潜热较高，均匀性较好。
有望作为相变地板应用到房屋建筑当中，并且可能和其他材料混合作业一种新型的建筑材料。
下一步需要继续改进材料制备的工艺，改善材料的力学及其他性能。