三水合乙酸鈉在相變單元中的傳熱特性研究.pdf

1、潛熱的利用能夠解決能量供給與需求不匹配的問題，無機水合鹽作為一類相變潛熱大中低溫相變材料(PCM)，相變溫度多處于人們日常生活或者工業(yè)生產所需的溫度，故而得到了廣泛的應用。三水合乙酸鈉(CH3COONa·3H2O，sodium acetatetrihydrate，SAT)作為其中的代表之一，具有極大的應用潛力。但是，SAT的過冷度較大，多次使用會產生相分離現象，嚴重影響其循環(huán)利用，并導致儲熱能力逐漸變差。同時，SAT導熱能力有限，這就導

2、致實際應用中不能將熱量在短時間貯存或者釋放。解決好以上兩個問題也對改善無機鹽類PCM儲熱能力具有重要意義。本文研究了多種不同的方法抑制SAT的過冷和相分離現象，并應用不同手段增強了PCM的導熱能力。所做的主要工作如下:
　　(1)設計了不銹鋼材質的相變單元體，作為模擬蓄熱器。研究SAT在其中的儲熱特性，發(fā)現在相變單元完全融化后，SAT靜置于室溫狀態(tài)下冷卻后3小時后都沒有結晶放熱，雖然單元體的導熱性能優(yōu)良，但SAT都不能將貯存的熱量

3、釋放，說明本身過冷度較大。為降低其過冷度，篩選了一系列無機水合鹽作為優(yōu)良的成核劑，其中，十二水磷酸氫二鈉（Na2HPO4·12H2O）的效果最優(yōu)，這是因為醋酸鈉溶液對于Na2HPO4·12H2O較強的脫水作用。為了保持體系的穩(wěn)定性，需使用增稠劑使體系保持一定的儲熱能力。很多有機物（聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素、阿拉伯樹膠、明膠和蔗糖）都可以作為增稠劑使用，但是，較為可靠的是明膠和羧甲基纖維素(CMC)。
　　(2)通過制備混合相變材料

4、和增加肋片的方式來強化單元體的傳熱能力，提高SAT的蓄放熱速率。SAT，Nano-Cu或者Nano-SiO2以及分散劑和增稠劑組成的復合相變材料可將蓄放熱速率提高20％以上。加入納米銅后，在固態(tài)區(qū)，SAT的導熱系數就有所提高，這種混合體系兼具解決過冷度大的能力。在單元體內增加不銹鋼網格式肋片后，單元體在潛熱蓄放熱速率最高可提高近一倍以上，這在實際應用中具有極大的價值。這些納米材料(Nano-Cu和Nano-SiO2)外加增稠劑（多用CM

5、C）與SAT組成混合體系，也有較低的過冷特性和穩(wěn)定性。但是，需要保證納米材料均勻分散于熔融狀態(tài)下的SAT中。
　　(3)研究了一些外加擾動的作用對SAT相變性能的影響，主要有超聲波照射法、機械攪拌法以及機械振動法。三種手段的目的都是在容器內部產生一個穩(wěn)定的結晶核心。1）超聲波照射SAT熔體是利用了超聲波作為一種“能量”形式，促進結晶。另外還可提高鹽在溶液中的溶解度，使析出的鹽能夠再次溶解從而解決了相分離的問題;2)機械攪拌法是在機