热控相变材料熔渗纳米高铝球石的研究
发布日期：2015/5/29 浏览次数：
对于"热控相变材料熔渗纳米高铝球石的研究"不知道大家有多少了解呢，下面小编为大家总结了一些相关内容，您不妨来看一下，或许您以后能够用得上。
高铝球石骨架将75~85wt%的相变材料分成无数个纳米级蓄热小单元，当温度超过相变材料的熔点时，相变材料熔化而吸收热量，延缓了热量的传递，控制了温度的急剧上升，且因高铝球石骨架纳米孔的毛细管力作用，不会使相变材料熔体流出，保持了复合材料的定型结构。通过相变材料熔体浸渗高铝球石的力学推导以及计算流体力学软件(CFD/Fluent)的传热模拟，熔渗过程传热传质的动力学机理。根据熔渗实验模型与力学基础理论，推导了相变材料熔体熔渗高铝球石过程中的力学方程，导出了复合材料制备工艺中高铝球石基体孔隙半径条件、相变材料熔体渗入高铝球石孔隙的深度条件以及相变材料热物性参数与高铝球石孔隙深度的关系式;根据体积平均理论与热焓法，模拟了熔渗过程中高铝球石内相变材料熔体的压力分布、温度分布以及速度等。理论上确定了复合材料的制备工艺条件:高铝球石基体理论半径宜小于6.8×10~(-5)mm，浸渗温度要大于相变材料的熔点小于高铝球石的烧结温度，浸渗时间依据具体的实验工艺制定。
依据熔渗制备工艺的研究理论，实验纳米高铝球石的溶胶—凝胶制备工艺和高铝球石基相变复合材料的熔融浸渗制备工艺。实验研究表明，高铝球石基体具有相互连通的孔结构，平均孔径约30nm，密度为0.202g/cm~3，孔隙率达90.4%，孔体积为4.39cm~3/g，比表面积为527.8m~2/g。实验过程中发现随乙醇含量增加，样品的孔径增大，即通过乙醇的不同配比可以调节样品的孔尺寸或结构。当乙醇与正硅酸乙酯的摩尔比为10或20时，合成的孔结构特点的高铝球石基体适宜做相变材料的支撑材料，相变材料的浸渗率最大。选用石蜡作为相变材料时，浸渗率达到75wt%，浸渗时间宜为180~210s;选用糖醇作为相变材料时，浸渗率达到85wt%，浸渗时间宜为250~350s。复合材料的浸渗制备温度适宜超过相变材料熔点之上约30℃。相变复合材料的性能测试表明:石蜡或糖醇相变材料与高铝球石基体相容性好，熔渗过程中不会发生化学反应;相变复合材料的相变温度范围为50~120℃，蓄热密度最高达到289.9kJ/kg。石蜡(70#)相变复合材料的抗弯强度为10.1±0.10MPa，屈服强度为0.03MPa，抗压模量为18.8MPa;糖醇(120#)相变复合材料的抗弯强度为25.9±0.10MPa，屈服强度为1.11MPa，抗压模量达到740MPa。
测试了氧化物高铝球石隔热复合材料与相变复合材料的热控效果，并进行了相应的传热模拟研究。在相同测试条件下，当热面温度为500℃时，单一氧化物高铝球石隔热复合材料的冷面温度为184.2℃;石蜡相变复合材料的冷面温度最低为139.3℃;糖醇相变复合材料的冷面温度最低为86.9℃。表明相变复合材料的热控效果优于单一的氧化物高铝球石隔热复合材料，糖醇相变复合材料的热控效果好于石蜡相变复合材料。相变复合材料的传热模拟表明，相变复合材料在接近加热面的位置，相变材料熔化非常快，随着时间的推进，液相区域加长，固-液界面渐渐地向着热流方向扩展，固相区域变短。三种相变复合材料的传热模拟发现，在相同的传热时间，90#相变复合材料(蓄热密度为198kJ/kg)的固-液界面发生距离远小于58#和62#相变复合材料，表明了相变复合材料的蓄热密度是控制温度升高最关键的影响因素。
采用具有高吸收热值的ZrOCl2·8H2O和硼酸为添加剂，高热控性能有机-无机复合相变材料，并以高铝球石纤维为基体，制备了高蓄热密度的高铝球石基相变复合材料。含ZrOCl2·8H2O的石蜡相变复合材料制备研究表明，ZrOCl2·8H2O以晶体的形式分布在高铝球石纤维结构之中，相变复合材料分别在56.3℃和96~158℃的温度区域有较大的吸热峰，蓄热密度共计达到536kJ/kg。当ZrOCl2·8H2O添加量达到24.5wt%，在样品的加热面，以50℃/min快速升温至600℃并保温1800s时，其冷面温度在114.5~137.6℃范围有个迟缓过程，其延缓时间为840s，热控效果比较显著。含硼酸的糖醇相变复合材料制备研究表明，硼酸以晶体的形式分布在高铝球石纤维结构之中;相变复合材料分别在51.9℃、151.2℃和158.6℃有较大的吸热峰，蓄热密度共计达到671kJ/kg。当热面温度以50℃/min快速升温至600℃并保温2800s时，含ZrOCl2·8H2O的石蜡相变复合材料的冷面温度在115~128℃区间有一个延缓过程，其延缓时间为900s;含硼酸的糖醇相变复合材料的冷面温度在152~163℃区间有一个延缓过程，其延缓时间为1310s。表明高蓄热密度的相变复合材料有优异的热控效果。
以上就是今天讲解的全部内容了，我们会再接再厉提供给大家有用的文章，我们共同进步，也希望大家能够多多的关注我们，谢谢您的合作。
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高铝球石骨架将75~85wt%的相变材料分成无数个纳米级蓄热小单元，当温度超过相变材料的熔点时，相变材料熔化而吸收热量，延缓了热量的传递，控制了温度的急剧上升，且因高铝球石骨架纳米孔的毛细管力作用，不会使相变材料熔体流出，保持了复合材料的定型结构。通过相变材料熔体浸渗高铝球石的力学推导以及计算流体力学软件(CFD/Fluent)的传热模拟，熔渗过程传热传质的动力学机理。根据熔渗实验模型与力学基础理论，推导了相变材料熔体熔渗高铝球石过程中的力学方程，导出了复合材料制备工艺中高铝球石基体孔隙半径条件、相变材料熔体渗入高铝球石孔隙的深度条件以及相变材料热物性参数与高铝球石孔隙深度的关系式;根据体积平均理论与热焓法，模拟了熔渗过程中高铝球石内相变材料熔体的压力分布、温度分布以及速度等。理论上确定了复合材料的制备工艺条件:高铝球石基体理论半径宜小于6.8×10~(-5)mm，浸渗温度要大于相变材料的熔点小于高铝球石的烧结温度，浸渗时间依据具体的实验工艺制定。
依据熔渗制备工艺的研究理论，实验纳米高铝球石的溶胶—凝胶制备工艺和高铝球石基相变复合材料的熔融浸渗制备工艺。实验研究表明，高铝球石基体具有相互连通的孔结构，平均孔径约30nm，密度为0.202g/cm~3，孔隙率达90.4%，孔体积为4.39cm~3/g，比表面积为527.8m~2/g。实验过程中发现随乙醇含量增加，样品的孔径增大，即通过乙醇的不同配比可以调节样品的孔尺寸或结构。当乙醇与正硅酸乙酯的摩尔比为10或20时，合成的孔结构特点的高铝球石基体适宜做相变材料的支撑材料，相变材料的浸渗率最大。选用石蜡作为相变材料时，浸渗率达到75wt%，浸渗时间宜为180~210s;选用糖醇作为相变材料时，浸渗率达到85wt%，浸渗时间宜为250~350s。复合材料的浸渗制备温度适宜超过相变材料熔点之上约30℃。相变复合材料的性能测试表明:石蜡或糖醇相变材料与高铝球石基体相容性好，熔渗过程中不会发生化学反应;相变复合材料的相变温度范围为50~120℃，蓄热密度最高达到289.9kJ/kg。石蜡(70#)相变复合材料的抗弯强度为10.1±0.10MPa，屈服强度为0.03MPa，抗压模量为18.8MPa;糖醇(120#)相变复合材料的抗弯强度为25.9±0.10MPa，屈服强度为1.11MPa，抗压模量达到740MPa。
测试了氧化物高铝球石隔热复合材料与相变复合材料的热控效果，并进行了相应的传热模拟研究。在相同测试条件下，当热面温度为500℃时，单一氧化物高铝球石隔热复合材料的冷面温度为184.2℃;石蜡相变复合材料的冷面温度最低为139.3℃;糖醇相变复合材料的冷面温度最低为86.9℃。表明相变复合材料的热控效果优于单一的氧化物高铝球石隔热复合材料，糖醇相变复合材料的热控效果好于石蜡相变复合材料。相变复合材料的传热模拟表明，相变复合材料在接近加热面的位置，相变材料熔化非常快，随着时间的推进，液相区域加长，固-液界面渐渐地向着热流方向扩展，固相区域变短。三种相变复合材料的传热模拟发现，在相同的传热时间，90#相变复合材料(蓄热密度为198kJ/kg)的固-液界面发生距离远小于58#和62#相变复合材料，表明了相变复合材料的蓄热密度是控制温度升高最关键的影响因素。
采用具有高吸收热值的ZrOCl2·8H2O和硼酸为添加剂，高热控性能有机-无机复合相变材料，并以高铝球石纤维为基体，制备了高蓄热密度的高铝球石基相变复合材料。含ZrOCl2·8H2O的石蜡相变复合材料制备研究表明，ZrOCl2·8H2O以晶体的形式分布在高铝球石纤维结构之中，相变复合材料分别在56.3℃和96~158℃的温度区域有较大的吸热峰，蓄热密度共计达到536kJ/kg。当ZrOCl2·8H2O添加量达到24.5wt%，在样品的加热面，以50℃/min快速升温至600℃并保温1800s时，其冷面温度在114.5~137.6℃范围有个迟缓过程，其延缓时间为840s，热控效果比较显著。含硼酸的糖醇相变复合材料制备研究表明，硼酸以晶体的形式分布在高铝球石纤维结构之中;相变复合材料分别在51.9℃、151.2℃和158.6℃有较大的吸热峰，蓄热密度共计达到671kJ/kg。当热面温度以50℃/min快速升温至600℃并保温2800s时，含ZrOCl2·8H2O的石蜡相变复合材料的冷面温度在115~128℃区间有一个延缓过程，其延缓时间为900s;含硼酸的糖醇相变复合材料的冷面温度在152~163℃区间有一个延缓过程，其延缓时间为1310s。表明高蓄热密度的相变复合材料有优异的热控效果。
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