組合式相變材料均勻等速相變傳熱機(jī)理研究

本項(xiàng)目研究組合式相變材料均勻并且等速率固液和固固相變過(guò)程的傳熱機(jī)理。提出了“均勻等速相變傳熱”的理論構(gòu)想并研究實(shí)現(xiàn)該構(gòu)想的條件，將結(jié)果用于研究采用現(xiàn)存材料組合達(dá)到等速相變的傳熱過(guò)程。該傳熱過(guò)程不僅能夠?qū)崿F(xiàn)熱能的等速利用而且熱效率比傳統(tǒng)相變提高１５－４０％。研究結(jié)果可形成強(qiáng)化傳熱的一種新方法，具有重要的理論價(jià)值和應(yīng)用潛力。

內(nèi)容簡(jiǎn)介

《相變材料與相變儲(chǔ)能技術(shù)》論述了材料相變的原理和材料熱力學(xué)的基礎(chǔ)理論，全面介紹了各種無(wú)機(jī)、有機(jī)、金屬和其他復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的成分、物理和化學(xué)性質(zhì)、儲(chǔ)熱性能及其對(duì)容器的腐蝕與防護(hù)；同時(shí)論述了相變儲(chǔ)能技術(shù)的原理、特點(diǎn)和研究范圍，相變過(guò)程傳熱理論，相變傳熱的數(shù)值分析，儲(chǔ)能換熱設(shè)備及絕熱技術(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算基礎(chǔ)和試驗(yàn)方法?！断嘧儾牧吓c相變儲(chǔ)能技術(shù)》還比較詳細(xì)地介紹了相變儲(chǔ)能技術(shù)在電力調(diào)峰、新能源、工業(yè)和建筑節(jié)能及在家用電器工業(yè)上的工程應(yīng)用的原則、方法和實(shí)例，既具有深入的理論，又具有實(shí)用的相變材料研制和儲(chǔ)能裝置設(shè)計(jì)計(jì)算方法。 2100433B

相變材料概述

相變材料可分為有機(jī)（Organic）和無(wú)機(jī)(Inorganic) 相變材料。亦可分為水合鹽（Hydrated Salts）相變材料和蠟質(zhì)(Paraffin Wax)相變材料。

我們最常見(jiàn)的相變材料非水莫屬了，當(dāng)溫度低至0°C 時(shí)，水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)（結(jié)冰）。當(dāng)溫度高于0°C時(shí)水由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)（溶解）。在結(jié)冰過(guò)程中吸入并儲(chǔ)存了大量的冷能量，而在溶解過(guò)程中吸收大量的熱能量。冰的數(shù)量（體積）越大，溶解過(guò)程需要的時(shí)間越長(zhǎng)。這是相變材料的一個(gè)最典型的例子。

相變材料應(yīng)用于電采暖行業(yè)，是傳統(tǒng)電采暖邁向節(jié)能電采暖的革命性轉(zhuǎn)變，相變熱電暖器就是其中代表產(chǎn)品，相對(duì)傳統(tǒng)電暖器可節(jié)能60%-70%。

從以上的例子可看出，相變材料實(shí)際上可作為能量存儲(chǔ)器。這種特性在節(jié)能，溫度控制等領(lǐng)域有著極大的意義。因此，相變材料及其應(yīng)用成為廣泛的研究課題。

有機(jī)相變材料和無(wú)機(jī)相變材料的最大區(qū)別在于運(yùn)用到建筑材料等方面耐久性和防火性的差異，后者多優(yōu)于前者。

相變材料蓄熱機(jī)理與特點(diǎn)

相變材料具有在一定溫度范圍內(nèi)改變其物理狀態(tài)的能力。以固－液相變?yōu)槔诩訜岬饺刍瘻囟葧r(shí)，就產(chǎn)生從固態(tài)到液態(tài)的相變，熔化的過(guò)程中，相變材料吸收并儲(chǔ)存大量的潛熱；當(dāng)相變材料冷卻時(shí)，儲(chǔ)存的熱量在一定的溫度范圍內(nèi)要散發(fā)到環(huán)境中去，進(jìn)行從液態(tài)到固態(tài)的逆相變。在這兩種相變過(guò)程中，所儲(chǔ)存或釋放的能量稱為相變潛熱。物理狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，形成一個(gè)寬的溫度平臺(tái)，雖然溫度不變，但吸收或釋放的潛熱卻相當(dāng)大。

相變材料的分類相變材料主要包括無(wú)機(jī)PCM、有機(jī)PCM和復(fù)合PCM三類。其中，無(wú)機(jī)類PCM主要有結(jié)晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬或合金類等；有機(jī)類PCM主要包括石蠟、醋酸和其他有機(jī)物；復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的應(yīng)運(yùn)而生，它既能有效克服單一的無(wú)機(jī)物或有機(jī)物相變儲(chǔ)熱材料存在的缺點(diǎn)，又可以改善相變材料的應(yīng)用效果以及拓展其應(yīng)用范圍。因此，研制復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料已成為儲(chǔ)熱材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題。但是混合相變材料也可能會(huì)帶來(lái)相變潛熱下降，或在長(zhǎng)期的相變過(guò)程中容易變性等缺點(diǎn)。

相變材料什么是相變

物質(zhì)從一種相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相的過(guò)程。物質(zhì)系統(tǒng)中物理、化學(xué)性質(zhì)完全相同，與其他部分具有明顯分界面的均勻部分稱為相。與固、液、氣三態(tài)對(duì)應(yīng)，物質(zhì)有固相、液相、氣相。

一級(jí)相變

在發(fā)生相變時(shí)，有體積的變化同時(shí)有熱量的吸收或釋放，這類相變即稱為“一級(jí)相變”。例如，在1個(gè)大氣壓0℃的情況下，1千克質(zhì)量的冰轉(zhuǎn)變成同溫度的水，要吸收79.6千卡的熱量，與此同時(shí)體積亦收縮。所以，冰與水之間的轉(zhuǎn)換屬一級(jí)相變。

二級(jí)相變

在發(fā)生相變時(shí)，體積不變化的情況下，也不伴隨熱量的吸收和釋放，只是熱容量、熱膨脹系數(shù)和等溫壓縮系數(shù)等的物理量發(fā)生變化，這一類變化稱為二級(jí)相變。正常液態(tài)氦（氦Ⅰ）與超流氦（氦Ⅱ）之間的轉(zhuǎn)變，正常導(dǎo)體與超導(dǎo)體之間的轉(zhuǎn)變，順磁體與鐵磁體之間的轉(zhuǎn)變，合金的有序態(tài)與無(wú)序態(tài)之間的轉(zhuǎn)變等都是典型的二級(jí)相變的例子。

相變材料航天

由于外太空溫度屬于極寒或極熱環(huán)境，對(duì)宇航員、航天器的保護(hù)要求非常嚴(yán)格，普通材料無(wú)法適應(yīng)惡劣條件，因此，需要特殊材料進(jìn)行保護(hù)。美國(guó)和前蘇聯(lián)科學(xué)家首先研制出相變材料，使得宇航員的服裝、返回艙外殼等得以應(yīng)用。該技術(shù)一直處于壟斷地位。我國(guó)進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，經(jīng)過(guò)科學(xué)家的不斷努力，已經(jīng)克服了關(guān)鍵技術(shù)部分，開(kāi)始進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用。

相變材料建筑

相變材料引用到建筑，是建筑領(lǐng)域革命性發(fā)展。主要作用結(jié)果是節(jié)能。

相變材料服裝

在服裝領(lǐng)域，使用相變材料，將相變材料植入纖維中，可以極大的改變?nèi)藗兊纳钯|(zhì)量，不使用任何能源，可以讓普通衣服變成微空調(diào)。

相變材料制冷設(shè)備

傳統(tǒng)制冷設(shè)備，如空調(diào)、冷藏車、冷庫(kù)，均是采取壓縮機(jī)制冷技術(shù)進(jìn)行制冷，不僅耗電，而且不環(huán)保。采用相變技術(shù)，可以替代壓縮機(jī)進(jìn)行制冷，節(jié)能60%以上。

相變材料軍事

一旦裝備部隊(duì)，將是相變材料一重大貢獻(xiàn)。軍車、軍人服裝、艦船、飛機(jī)、坦克、潛艇等軍事各個(gè)方面，均是相變材料運(yùn)用的重要領(lǐng)域，可以極大的提高戰(zhàn)斗力和防護(hù)持久能力。

相變材料通訊、電力

在通訊、電力等設(shè)備箱（間）降溫方面，相變材料可以節(jié)省設(shè)備成本75%以上。在通訊領(lǐng)域，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通訊基站的機(jī)房、電池組間，使傳統(tǒng)的一年壽命的設(shè)備可以延長(zhǎng)到4年或更多。