石蜡和石墨复合相变材料的导热性能研究
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点 ， 约 了其在 储 热 技 术 中 的应 用 ， 以 目前 对 石 制 所
１ 实 验
１ １ 试 剂 及仪器 ．
蜡 类 相 变材 料 的研 究 主要 在 提 高石 蜡 的 导 热 系 数
方 面．
Ｈ Ｏ Ｅ Ｄ Ｏ Ｎ和 Ｂ Ｒ 从理论上指 出， Ｏ ＧＮＯ Ｒ ＡＴ 在
石蜡 ： 点 ６ ６ 熔 ０— ２℃ ， 海 华永石 蜡有 限公 司 ； 上
２ ．南京大学物理学院 ，固体微结构物理国家实验 室， 江苏南京 ２ ０ ９ ） １０ ３
摘要 ： 石蜡作为相 变材 料的不足之处在于 石蜡 的导热系数低．为 了改善石蜡 的导热系数 ， 实验 利用 导热 系数 较大的 石墨和具有较高储热能力 的石蜡制备 出复合相 变储 能材 料， 析 了储 热、 热过程 中， 墨对 石蜡传 热特性及 相变 分 放 石
仿应用环境 中实时监测得出数据 ， 并对其储 （ ） 放 热 过程中变温速率 、 波动性、 稳定性 、 相变温度、 相变时
间等方 面进 行 了计 算 与分析 ．
广泛、 价格低廉、 无腐蚀等优点 ， 在相变材料方面得 到 了广 泛应 用 Ｊ 是 石 蜡 具 有 导 热 系 数 小 的 缺 ．但
的影响．结果表 明： 墨的掺 入增加 了复合材料的导热速率 ， 小 了传热 的波动性 ； 石 减 复合 材料 的相交 时间 明显提前 ， 固液相界面 的移动加快 ， 变时间范围明显缩短 ， 相 而相变温度 区间基本 不变．
关 键 词 ： 蜡 ；石 墨 ； 热 ；相 变 ； 热 性 能 石 传 导 中图 分 类 号 ：Ｂ ３ Ｔ ３ 文献标志码 ： Ａ
文 章 编号 ：１０ ５ ６ （０ ０ ０ ０ ５ ０ ０— ４３ ２ １ ）２— ０９一ｏ ４
石 蜡 和 石 墨 复 合 相 变 材 料 的 导 热 性 能 研 究
丁 鹏 黄斯铭 ， ， 钱佳佳 王 倩 饶 汗 谌 静 ， ， ，
（． １ 华南师范大学物理 与电ห้องสมุดไป่ตู้工程学院 ， 广东广州 ５ ０ ３ ； １６ １
随着 我 国经 济 的快 速 发 展 ， 能 源 的需 求 越 来 对 越大， 能源 供给不 足 的矛盾 Ｅ益 突 出．开 发新 能 源 、 ｔ
中加 入铝 、 、 、 硅 合 金 和铅 基 复 合 物 时相 变 材 铁 铜 铝 料在 固化 过程 的传 热 特性 ， 出 固液 界 面 的移 动 速 提 率很 大程 度取决 于加 入物 导热 系数 与相变材 料熔 化 后 导热系 数 的 比值 ， 而 合 金 的掺 人 使 复合 体 系 的 然
石 墨粉 ： 析 纯 ， 分 Ｃ含 量 ≥９ ． ％ ， 津 市福 晨 化 学 ８０ 天 试 剂厂 ； 电子恒温水 浴锅 ； 电子天平 ， 度为 ± ． １ｇ 精 ０ ０ ；
相 变材料 中嵌 入金属 基结 构可 以使相 变材 料 的低 导
热 系数得 以很 大 的提 高 ， 这 还需 要 进 一 步 的实 验 但 验 证 ， Ｈ Ｎ 等 和张 寅平 等 研究 了在 相 变 材料 ＫＡ
６ ０
华 南 师 范 大 学 学 报 （ 然 科 学 版） 自
式， 因具有储 热密 度 大 、 变 过程 近 似 等 温 、 程 易 相 过 控制 等优点 ， 成 为 主要 的储 热 手 段 ．相 变 材 料 而 ］
高温 、 耐氧 化 ， 同时具 有较大 的 比表面 积和较 高 的表 面活性 且 与 石 蜡 的 密 度 接 近 ， ＨＬＮ 等 研 究 ＭＥ ＩＧ 了石 墨对相 变材 料 的 影 响 ， 果 表 明新 的组 合 材料 结 的热 导 率可 以达 到纯 相 变材 料 的 １０倍 ， 相 变界 ０ 其 面移 动 速率 提 高 了 ｌ Ｏ一３ ．以上 结果 主要 是对 ０倍 导热 速率 的研究 ， 但对 导热 过程 中温度 的均 匀性 、 传
华南师范大 学学报 （自然科 学版 ）
２１ ００年 ５月
Ｍａ ０ ０ ｙ２ １
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｓ ＴＨ ＯＵ ＣＨＩ ＮＡ ＮＯＲＭＡＬ ＵＮＩ ＶＥＲＳ 兀
２ １ 第 ２期 ０ ０年
Ｎｏ ２， ０ ０ ． ２ １
（ Ｔ Ｒ Ｃ Ｅ Ｅ Ｅ ＩＩ Ｎ） ＮＡ Ｕ ＡＬＳ ＩＮＣ ＤＴＯ
热 的波动性 很 少 有论 述．本 文 从 实 际 利 用 出 发 ， 在
又有无 机类 和有机 类 之 分 ， 石蜡 是 最 具 应 用 潜力 而 的有机 储热材 料之一 ， 蜡化 学稳定 性 良好 、 石 相变潜 热大 、 点范 围宽 、 过 冷 现象 和相 分 离 现象 、 源 熔 无 来
重量 增加 ．由于石 墨导 电导 热性好 、 自润 滑性 好 、 耐
提高能 源 的利用 率是 工业 和社会 发 展 的重 要 课
题－ Ｊ 】 ．蓄热 技术在 许多工 业 和 建筑 采 暖 等 能量 利 用 系统 中广 泛应 用 ， 它是 提高 能 源 利 用效 率 和 保 护 环境 的重要技 术 ， 可用 于解 决 热 能供 给与 需 求 在 时 间 和强度上不 匹 配 的矛 盾 Ｊ有 效 降低 能 量 供应 和 ， 需求 时间性 的差异 造成 的能 量利 用 的浪 费 ．储 热 技 术 主 要 包 括 显 热 储 热 、 热 储 热 和 化 学 反 应 储 潜 热 Ｊ 中 ， ．其 相变 材料 的 固 一液 相 变 潜 热 的 储 热 方
收 稿 日期 ： ０９— ９— ２ ２０ ０ ２
铁架台； 药匙 ； 度计 ； 温 蝴蝶 夹 ； 管夹 ； 试 铝罐 等． 试 验装 置如 图 １ 示 ． 所
作 者 简 介 ：丁鹏 （９ ３ ） 男 ， 东 枣庄 人 ， 南 师 范 大 学 ２０ １８ 一 ， 山 华 ０ ７级 硕 士研 究 生 ， ｍ ｉ： ｉｇｅ ｇ６６ １３ ｃｒ Ｅ ａ ｄｎ ｐｎ＿ １ ＠ ６ ．ｏ ｌ ＿ ｎ
１ 实 验
１ １ 试 剂 及仪器 ．
蜡 类 相 变材 料 的研 究 主要 在 提 高石 蜡 的 导 热 系 数
方 面．
Ｈ Ｏ Ｅ Ｄ Ｏ Ｎ和 Ｂ Ｒ 从理论上指 出， Ｏ ＧＮＯ Ｒ ＡＴ 在
石蜡 ： 点 ６ ６ 熔 ０— ２℃ ， 海 华永石 蜡有 限公 司 ； 上
２ ．南京大学物理学院 ，固体微结构物理国家实验 室， 江苏南京 ２ ０ ９ ） １０ ３
摘要 ： 石蜡作为相 变材 料的不足之处在于 石蜡 的导热系数低．为 了改善石蜡 的导热系数 ， 实验 利用 导热 系数 较大的 石墨和具有较高储热能力 的石蜡制备 出复合相 变储 能材 料， 析 了储 热、 热过程 中， 墨对 石蜡传 热特性及 相变 分 放 石
仿应用环境 中实时监测得出数据 ， 并对其储 （ ） 放 热 过程中变温速率 、 波动性、 稳定性 、 相变温度、 相变时
间等方 面进 行 了计 算 与分析 ．
广泛、 价格低廉、 无腐蚀等优点 ， 在相变材料方面得 到 了广 泛应 用 Ｊ 是 石 蜡 具 有 导 热 系 数 小 的 缺 ．但
的影响．结果表 明： 墨的掺 入增加 了复合材料的导热速率 ， 小 了传热 的波动性 ； 石 减 复合 材料 的相交 时间 明显提前 ， 固液相界面 的移动加快 ， 变时间范围明显缩短 ， 相 而相变温度 区间基本 不变．
关 键 词 ： 蜡 ；石 墨 ； 热 ；相 变 ； 热 性 能 石 传 导 中图 分 类 号 ：Ｂ ３ Ｔ ３ 文献标志码 ： Ａ
文 章 编号 ：１０ ５ ６ （０ ０ ０ ０ ５ ０ ０— ４３ ２ １ ）２— ０９一ｏ ４
石 蜡 和 石 墨 复 合 相 变 材 料 的 导 热 性 能 研 究
丁 鹏 黄斯铭 ， ， 钱佳佳 王 倩 饶 汗 谌 静 ， ， ，
（． １ 华南师范大学物理 与电ห้องสมุดไป่ตู้工程学院 ， 广东广州 ５ ０ ３ ； １６ １
随着 我 国经 济 的快 速 发 展 ， 能 源 的需 求 越 来 对 越大， 能源 供给不 足 的矛盾 Ｅ益 突 出．开 发新 能 源 、 ｔ
中加 入铝 、 、 、 硅 合 金 和铅 基 复 合 物 时相 变 材 铁 铜 铝 料在 固化 过程 的传 热 特性 ， 出 固液 界 面 的移 动 速 提 率很 大程 度取决 于加 入物 导热 系数 与相变材 料熔 化 后 导热系 数 的 比值 ， 而 合 金 的掺 人 使 复合 体 系 的 然
石 墨粉 ： 析 纯 ， 分 Ｃ含 量 ≥９ ． ％ ， 津 市福 晨 化 学 ８０ 天 试 剂厂 ； 电子恒温水 浴锅 ； 电子天平 ， 度为 ± ． １ｇ 精 ０ ０ ；
相 变材料 中嵌 入金属 基结 构可 以使相 变材 料 的低 导
热 系数得 以很 大 的提 高 ， 这 还需 要 进 一 步 的实 验 但 验 证 ， Ｈ Ｎ 等 和张 寅平 等 研究 了在 相 变 材料 ＫＡ
６ ０
华 南 师 范 大 学 学 报 （ 然 科 学 版） 自
式， 因具有储 热密 度 大 、 变 过程 近 似 等 温 、 程 易 相 过 控制 等优点 ， 成 为 主要 的储 热 手 段 ．相 变 材 料 而 ］
高温 、 耐氧 化 ， 同时具 有较大 的 比表面 积和较 高 的表 面活性 且 与 石 蜡 的 密 度 接 近 ， ＨＬＮ 等 研 究 ＭＥ ＩＧ 了石 墨对相 变材 料 的 影 响 ， 果 表 明新 的组 合 材料 结 的热 导 率可 以达 到纯 相 变材 料 的 １０倍 ， 相 变界 ０ 其 面移 动 速率 提 高 了 ｌ Ｏ一３ ．以上 结果 主要 是对 ０倍 导热 速率 的研究 ， 但对 导热 过程 中温度 的均 匀性 、 传
华南师范大 学学报 （自然科 学版 ）
２１ ００年 ５月
Ｍａ ０ ０ ｙ２ １
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｓ ＴＨ ＯＵ ＣＨＩ ＮＡ ＮＯＲＭＡＬ ＵＮＩ ＶＥＲＳ 兀
２ １ 第 ２期 ０ ０年
Ｎｏ ２， ０ ０ ． ２ １
（ Ｔ Ｒ Ｃ Ｅ Ｅ Ｅ ＩＩ Ｎ） ＮＡ Ｕ ＡＬＳ ＩＮＣ ＤＴＯ
热 的波动性 很 少 有论 述．本 文 从 实 际 利 用 出 发 ， 在
又有无 机类 和有机 类 之 分 ， 石蜡 是 最 具 应 用 潜力 而 的有机 储热材 料之一 ， 蜡化 学稳定 性 良好 、 石 相变潜 热大 、 点范 围宽 、 过 冷 现象 和相 分 离 现象 、 源 熔 无 来
重量 增加 ．由于石 墨导 电导 热性好 、 自润 滑性 好 、 耐
提高能 源 的利用 率是 工业 和社会 发 展 的重 要 课
题－ Ｊ 】 ．蓄热 技术在 许多工 业 和 建筑 采 暖 等 能量 利 用 系统 中广 泛应 用 ， 它是 提高 能 源 利 用效 率 和 保 护 环境 的重要技 术 ， 可用 于解 决 热 能供 给与 需 求 在 时 间 和强度上不 匹 配 的矛 盾 Ｊ有 效 降低 能 量 供应 和 ， 需求 时间性 的差异 造成 的能 量利 用 的浪 费 ．储 热 技 术 主 要 包 括 显 热 储 热 、 热 储 热 和 化 学 反 应 储 潜 热 Ｊ 中 ， ．其 相变 材料 的 固 一液 相 变 潜 热 的 储 热 方
收 稿 日期 ： ０９— ９— ２ ２０ ０ ２
铁架台； 药匙 ； 度计 ； 温 蝴蝶 夹 ； 管夹 ； 试 铝罐 等． 试 验装 置如 图 １ 示 ． 所
作 者 简 介 ：丁鹏 （９ ３ ） 男 ， 东 枣庄 人 ， 南 师 范 大 学 ２０ １８ 一 ， 山 华 ０ ７级 硕 士研 究 生 ， ｍ ｉ： ｉｇｅ ｇ６６ １３ ｃｒ Ｅ ａ ｄｎ ｐｎ＿ １ ＠ ６ ．ｏ ｌ ＿ ｎ