組合式相變材料均勻等速相變傳熱機(jī)理研究

本項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程。該傳熱過程不僅能夠?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，具有重要的理論價值和應(yīng)用潛力。

內(nèi)容簡介

《相變材料與相變儲能技術(shù)》論述了材料相變的原理和材料熱力學(xué)的基礎(chǔ)理論，全面介紹了各種無機(jī)、有機(jī)、金屬和其他復(fù)合相變儲能材料的成分、物理和化學(xué)性質(zhì)、儲熱性能及其對容器的腐蝕與防護(hù)；同時論述了相變儲能技術(shù)的原理、特點和研究范圍，相變過程傳熱理論，相變傳熱的數(shù)值分析，儲能換熱設(shè)備及絕熱技術(shù)的設(shè)計計算基礎(chǔ)和試驗方法?！断嘧儾牧吓c相變儲能技術(shù)》還比較詳細(xì)地介紹了相變儲能技術(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、方法和實例，既具有深入的理論，又具有實用的相變材料研制和儲能裝置設(shè)計計算方法。 2100433B

相變材料概述

相變材料可分為有機(jī)（Organic）和無機(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。

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

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，相變材料實際上可作為能量存儲器。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)相變材料和無機(jī)相變材料的最大區(qū)別在于運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

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?，在加熱到熔化溫度時，就產(chǎn)生從固態(tài)到液態(tài)的相變，熔化的過程中，相變材料吸收并儲存大量的潛熱；當(dāng)相變材料冷卻時，儲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。在這兩種相變過程中，所儲存或釋放的能量稱為相變潛熱。物理狀態(tài)發(fā)生變化時，材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，形成一個寬的溫度平臺，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機(jī)PCM、有機(jī)PCM和復(fù)合PCM三類。其中，無機(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)合相變儲熱材料的應(yīng)運而生，它既能有效克服單一的無機(jī)物或有機(jī)物相變儲熱材料存在的缺點，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)合相變儲熱材料已成為儲熱材料領(lǐng)域的熱點研究課題。但是混合相變材料也可能會帶來相變潛熱下降，或在長期的相變過程中容易變性等缺點。

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)對應(yīng)，物質(zhì)有固相、液相、氣相。

一級相變

在發(fā)生相變時，有體積的變化同時有熱量的吸收或釋放，這類相變即稱為“一級相變”。例如，在1個大氣壓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，與此同時體積亦收縮。所以，冰與水之間的轉(zhuǎn)換屬一級相變。

二級相變

在發(fā)生相變時，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)與無序態(tài)之間的轉(zhuǎn)變等都是典型的二級相變的例子。

相變材料航天

由于外太空溫度屬于極寒或極熱環(huán)境，對宇航員、航天器的保護(hù)要求非常嚴(yán)格，普通材料無法適應(yīng)惡劣條件，因此，需要特殊材料進(jìn)行保護(hù)。美國和前蘇聯(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。我國進(jìn)入21世紀(jì)以來，經(jīng)過科學(xué)家的不斷努力，已經(jīng)克服了關(guān)鍵技術(shù)部分，開始進(jìn)行實際運用。

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，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，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、潛艇等軍事各個方面，均是相變材料運用的重要領(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)備可以延長到4年或更多。