【摘 要】
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随着全球工业发展和人类对能源需求的逐渐增加,发展可再生能源成为解决全球能源短缺问题的有效途径。受环境、时间等因素影响,可再生能源具有一定间歇性与随机性,使可再生能源储存尤为重要,相变材料被广泛应用于储能系统。然而,大多数相变材料热导率较低,导致能量储存和释放速度显著减慢,从而降低能量储存效率。基于此,本文以石蜡基相变材料为研究对象,从物理性质、化学性质、热性能、经济性等方面进行以下工作研究:为解决
【基金项目】
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天津市重点研发计划（编号:18YFHBZC00030）；
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随着全球工业发展和人类对能源需求的逐渐增加,发展可再生能源成为解决全球能源短缺问题的有效途径。受环境、时间等因素影响,可再生能源具有一定间歇性与随机性,使可再生能源储存尤为重要,相变材料被广泛应用于储能系统。然而,大多数相变材料热导率较低,导致能量储存和释放速度显著减慢,从而降低能量储存效率。基于此,本文以石蜡基相变材料为研究对象,从物理性质、化学性质、热性能、经济性等方面进行以下工作研究:为解决石蜡基相变材料导热率过低问题,使用不同纳米粒子制备纳米粒子/石蜡复合相变材料,并以泡沫金属为传热框架利用常温浸渍法与真空浸渍法制备泡沫金属/石蜡复合相变材料,对复合相变材料表面结构、物相组成、相变温度及相变潜热进行测试分析。结果显示,石蜡基相变材料与纳米粒子或泡沫金属基本能完全混合且复合相变材料中两者未发生化学反应。复合相变材料熔点、熔化潜热与凝固潜热基本低于纯石蜡,凝固点高于石蜡,其中泡沫铜/石蜡熔点、熔化潜热与凝固潜热值最低,相比石蜡分别降低7.91%、55.48%、53.96%,泡沫铜/石蜡凝固点最高,比石蜡升高1.85%。通过实验研究不同种类及含量纳米粒子对石蜡基相变材料稳定性及蓄放热特性影响。结果表明,在所研究范围内,随纳米粒子含量增加,纳米粒子/石蜡稳定性先上升后下降,总体稳定性纳米铝＞纳米铜＞纳米银;随纳米粒子含量增加,纳米粒子/石蜡相变过程时间基本呈先缩短再增加的趋势,相对石蜡而言,纳米粒子/石蜡融化时间最多缩短36.42%,凝固时间至多缩短52.62%。为得出最优纳米粒子含量,利用多指标综合评价对PCM蓄放热速率及稳定性进行综合考虑分析。通过对泡沫铜/石蜡导热率测量得出,泡沫金属孔隙密度越高其导热率越大,PPI为90时泡沫铜/石蜡导热率是纯石蜡的12.58倍。通过恒温热源与恒热通量热源对复合相变材料进行蓄热实验,结果表明随泡沫金属孔隙密度增大,泡沫铜/石蜡传热性能先上升后降低,泡沫金属对自然对流传热存在一定抑制作用。基于此,设计实验研究泡沫金属孔隙密度对自然对流传热过程影响,结果表明,泡沫金属使相变材料在导热传热过程中内部温度分布更加均匀,但抑制对流传热过程,随泡沫金属孔隙密度增大,泡沫金属对自然对流传热过程抑制增加,当泡沫金属PPI大于40时,对自然对流过程有明显抑制作用。利用最优纳米粒子含量制备纳米粒子/泡沫金属/石蜡复合相变材料,对不同种类纳米粒子/石蜡、泡沫金属/石蜡、纳米粒子/泡沫金属/石蜡进行热性能实验,并进行经济性分析,对比研究纳米粒子与泡沫金属对相变材料热性能影响,选择最优制备方案。
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