用于降低吸附床接触热阻的导热复合材料研究

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面对如今严峻的能源问题和环境问题,将吸附式制冷技术作为蒸汽压缩制冷技术的补充和替代是一个良好的解决方案。近年来,国内外学者对吸附式制冷做了大量研究工作,为吸附式制冷的工程应用奠定了基础。关于吸附床强化传热传质也有大量的研究成果,但是目前为止,对于降低吸附床和吸附剂之间较大的接触热阻,从而进一步提高吸附床的换热能力还没有有效、易行的解决办法。本文研制了一种耐温高导热复合材料,可应用于吸附剂与吸附床之间,用来降低吸附剂与吸附床之间的接触热阻。具体内容如下:首先为评价导热复合材料的导热性能,搭建了基于稳态法的导热系数测试实验台。本文详细介绍了该实验台的工作原理,结构组成,测试步骤,并结合文献,采用304L不锈钢样品对测试实验台的精度进行了标定。结果显示实验台的最大误差为7.1%。之后从测试原理,计算模型和加工过程等方面分析了产生此误差的原因。然后以环氧树脂E-44为基体,二氨基二苯基甲烷(DDM)为固化剂,微米级A1203为导热填料制备了耐温高导热复合材料。随着导热填料用量的增大,复合材料的导热性能也随之增大。但是升高过程不是线性的,而是在导热网链形成之前处于缓慢上升状态,一旦导热网链形成导热性能迅速提高。关于填料粒径,本文选用了101μm和35μm的Al2O3粒子进行研究。实验结果表明,采用10μm粒子作导热填料的复合材料导热系数较高。采用Agari方程对实验结果进行拟合,从理论上解释了该现象产生的原因。将两种粒径粒子按不同比例混合可以获得比单独一种粒子都要高的导热能力,而且以1:1的比例混合两种粒子,获得的复合材料导热能力最好。为了改善填料与基体间的界面性能,将填料粒子用硅烷偶联剂KH-560处理。测试了经不同浓度偶联剂处理后的复合材料导热性能,当偶联剂KH-560的浓度为8%时,复合材料导热性能最好。由于经过偶联剂处理的填料粒子加入基体中之后,体系的粘度变大。为了降低体系粘度,提高填料粒子的分散性能,向体系中加入了一定浓度的稀释剂。加入稀释剂后可有效提高复合材料的导热能力,但是并不是越多越好,质量分数为40%时效果最好。由于影响复合材料导热性能的因素众多,为了找到合适的配比方案,同时研究各因素间的相互影响,本文制订了5因素5水平的正交实验表,对上述因素进行正交实验综合分析,并得出最佳实验配比方案。以此实验配比方案为基础,配制耐温高导热复合材料将其涂抹在模拟的吸附床和吸附剂之间,利用最小二乘法计算出涂抹复合材料后吸附床和吸附剂之间接触热阻的大小,并和文献中的接触热阻进行比较。结果显示使用本材料后,接触热阻至少可以降低52.6%。
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