掺杂对相变材料导热系数的影响

剂 的种类和含量对相变材料导热系数 的影响进行 了定量 分析． 实验结 果表 明 ， 铜粉 添加 剂可 以显 著提高 相变材料
的导 热 系 数 ． 关 键 词 ： 光 法 ； 变 材 料 ； 热 系 数 ； 加 剂 激 相 导 添 中图 分 类 号 ： Ｂ ４ Ｔ ３ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１０ —１２ ２ １ ）４ ０ ３ —３ ０ ７７６ （００ ０ —０ ９０
条件 ， 存 在 热 损 耗 （ 时 样 品 上 表 面 温 度 升 高 至 不 此
图 １中 ， 在一 定 的设 定 温度 （ 炉体 控 制 的恒 温 条件 ） ， 激光 源 或 闪 光 灯 在 瞬 间 发 射 一 束 光 脉 下 由
图 ２中 的顶 点后 将保 持恒 定 的水 平 线 ）则 通过 计算 ，
掺 杂 对 相 变 材 料 导 热 系数 的 影 响
张 黎 ， 秀芳 柯
（ 东 工 业 大 学 材 料 与能 源学 院 ， 东 广 州 ５０ ９ ） 广 广 １００
摘 要 ： 过 在 相 变 材 料 中 加 添 加 剂 的 方 法 改 变 相 变 材 料 的 导 热 系 数 ， 激光 法对 改进 后 的 试样 进行 了 测 量 ， 添 加 通 用 对
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此 ， 种形 式 的能 量 只有 通 过 资 本 和 运行 费 用 进 行 这
有效 的技 术储 存 才能 得 到大 规 模 的应 用 ． 变 相
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材料 的应用 是储存 太 阳能 的前 瞻性技 术之 一 ． 但是 ，
第２ ７卷 第 ４期 ２１ ０ ０年 １ ２月
广 东工业 大学 学报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ａ ｇ ｏ ｇＵｎｖ ｒｉ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｆＧｕ ｎ ｄ ｎ ｉ ｅｓｔ ｏ ｃ ｎ ｌｇ ｙ
Ｖ０ ． ７ １ ２ Ｎｏ． ４
Ｄｅ ｅ ｅ ０１ ｃ ｍｂ ｒ２ ０
在 理想情 况下 ， 脉 冲宽度接 近于无 限小 ， 量 光 热
光法 直接 测得 的是 材 料 的热扩 散 系数 ， 构 原 理 如 结
图 １ 示 ． 所
在样 品 内部 的传 导过程 为理 想 的 由下 表面 的一 维传 热， 不存 在横 向热 流 ， 部测 量 环境则 为理 想 的绝热 外
５ ０ ０
５ ｌ０ ｌＯ ２ ０ ２ ０ ３０ ３ ０ ４ ０ ０ Ｏ ５ ０ ５ ０ ５ ０
时 间／ ｍｓ
数． 光法是 瞬态 测量 法 的一种 ， 激 所要 求 的样 品尺 寸 较小 ， 可应 用 于除绝 热材料 以外 的绝 大部 分材 料 ． 激
图 ２ 检 测 器 温 度 信 号 和 时 间关 系 曲线
本 文根据 当前 的固液相 变材 料所存 在导 热 系数 偏低 的 问题 ， 用 在硬 脂 酸 、 采 石蜡 、 精炼 石 蜡 这 些 全
相变材料 中添加 导 热 系 数较 大 的 固体 粉末 的方 法 ， 提高相 变材 料的导 热 系数来 进行 实验 研究 ． 用激
激 光脉 冲
图 １ 激 光 法 测试 原 理 图
温室 气体排 放 的不 断增加 和燃 油价格 的上涨 使 得 可再生 能源 的有 效 利 用 正 逐 渐受 到广 泛 重 视 ． 直
接 的太 阳辐射 被视 为未 来 的主要 能 源之 一 ． 管 如 尽
向冷端 （ 上表 面 ） 播 ． 用 红外 检 测 器 连续 测 量样 传 使
品上表 面 中 心 部 位 的 相 应 温 升 过 程 ， 到 类 似 于 得 图２ 的温 度 （ 测 器 信 号 ） 高 对 时 间 的关 系 曲线 检 升 图［ ． ８ ］ ＞ １ 旱稚 燕 ／ Ｉ ．
在大 规模 的实 际应 用 中 ， 通 固液 相 变材 料 虽 价 格 普 便宜 、 相变 潜热 大 ， 需容 器封 装 ， 成 附加热 阻 ， 但 造 不 利于传 热 ． 而且 由于 定形 相 变 材 料 的组 成 成 分 均 为 有机 物 ， 导热 系数一 般较 小 ． 使得 相变 材料 吸放 其 这 热速率 较慢 ， 阻碍 了该 类材 料 的有效 应用 Ｊ ．
基金项 目： 广东省科 技厅 资助项 目（０ ６ １２ １０ ） ２０ Ｂ ３ ００ １ 作者简介 ： 张 黎（ ９６ ） 女 ， １８ ． ， 硕士研究生 ， 主要研究方 向为太 阳能 热利 用
广
东
工
业
大
值 的一半 所需 的时 问 ， 或称 ｔ ， 。 由下式 ）
Ｏ ＝０． ３ ｄ ／ ５ ｔ １ ８ ８ ｔ０，
图 ２中所 示 的半升 温时 间 ｔ （ 义 为 在接 受 光 脉 冲 定 。
冲， 均匀 照射 在样 品下 表面 ， 使其 表层 吸收光 能 后 温 度 瞬时 升高 ， 作 为热 端 将 能 量 以一 维 热 传 导 方式 并
收 稿 日期 ： ００ ０ —６ ２ １—９ １
照射 后样 品 上 表 面 温 度 （ 测 器 信 号 ） 高 到 最 大 检 升
光法测量 各种 改 性 相 变材 料 试 样 的导 热 系数 ， 差 误 在 ４％ 以内 ｌ 通 过 实验 数 据 分 析 ， 出 了掺 混 一 ８ ． 得 些 固体粉 末可 明显 增大相 变 材料 的有效 导热 系数 ．
１ 测 量 原 理 和 方 法
本文 采用 激 光 法 测 量 相 变 材 料 试 样 的 导 热 系
图 ４列 出 了在全精 炼石蜡 中添加不 同质 量分 数 的铜 粉添加 剂试样 的导 热 系数 值 ， 以看 出 ， 可 随着 铜 粉质量 分数 的增 大 ， 试样 的导 热 系数 也 随之增 大 ， 且 增 长速 度越来 越快 ．
即可得 到样 品在 温 度 下 的 热扩 散 系数 其 中 ， ｄ 为样 品的厚度 ， ｍ． ｍ 由于导热 系数 （ 导 率 ） 热 扩散 系数 存 在 着 热 与