組合式相變材料均勻等速相變傳熱機理研究基本信息

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理。提出了“均勻等速相變傳熱”的理論構想并研究實現(xiàn)該構想的條件，將結果用于研究采用現(xiàn)存材料組合達到等速相變的傳熱過程。該傳熱過程不僅能夠實現(xiàn)熱能的等速利用而且熱效率比傳統(tǒng)相變提高１５－４０％。研究結果可形成強化傳熱的一種新方法，具有重要的理論價值和應用潛力。

內容簡介

《相變材料與相變儲能技術》論述了材料相變的原理和材料熱力學的基礎理論，全面介紹了各種無機、有機、金屬和其他復合相變儲能材料的成分、物理和化學性質、儲熱性能及其對容器的腐蝕與防護；同時論述了相變儲能技術的原理、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，儲能換熱設備及絕熱技術的設計計算基礎和試驗方法?！断嘧儾牧吓c相變儲能技術》還比較詳細地介紹了相變儲能技術在電力調峰、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計計算方法。 2100433B

相變材料概述

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

我們最常見的相變材料非水莫屬了，當溫度低至0°C 時，水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)（結冰）。當溫度高于0°C時水由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)（溶解）。在結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變，相變熱電暖器就是其中代表產品，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，溫度控制等領域有著極大的意義。因此，相變材料及其應用成為廣泛的研究課題。

有機相變材料和無機相變材料的最大區(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。

相變材料蓄熱機理與特點

相變材料具有在一定溫度范圍內改變其物理狀態(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；當相變材料冷卻時，儲存的熱量在一定的溫度范圍內要散發(fā)到環(huán)境中去，進行從液態(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大。

相變材料的分類相變材料主要包括無機PCM、有機PCM和復合PCM三類。其中，無機類PCM主要有結晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬或合金類等；有機類PCM主要包括石蠟、醋酸和其他有機物；復合相變儲熱材料的應運而生，它既能有效克服單一的無機物或有機物相變儲熱材料存在的缺點，又可以改善相變材料的應用效果以及拓展其應用范圍。因此，研制復合相變儲熱材料已成為儲熱材料領域的熱點研究課題。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

物質從一種相轉變?yōu)榱硪环N相的過程。物質系統(tǒng)中物理、化學性質完全相同，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，物質有固相、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，1千克質量的冰轉變成同溫度的水，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）之間的轉變，正常導體與超導體之間的轉變，順磁體與鐵磁體之間的轉變，合金的有序態(tài)與無序態(tài)之間的轉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、航天器的保護要求非常嚴格，普通材料無法適應惡劣條件，因此，需要特殊材料進行保護。美國和前蘇聯(lián)科學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用。該技術一直處于壟斷地位。我國進入21世紀以來，經過科學家的不斷努力，已經克服了關鍵技術部分，開始進行實際運用。

相變材料建筑

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

相變材料服裝

在服裝領域，使用相變材料，將相變材料植入纖維中，可以極大的改變人們的生活質量，不使用任何能源，可以讓普通衣服變成微空調。

相變材料制冷設備

傳統(tǒng)制冷設備，如空調、冷藏車、冷庫，均是采取壓縮機制冷技術進行制冷，不僅耗電，而且不環(huán)保。采用相變技術，可以替代壓縮機進行制冷，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。軍車、軍人服裝、艦船、飛機、坦克、潛艇等軍事各個方面，均是相變材料運用的重要領域，可以極大的提高戰(zhàn)斗力和防護持久能力。

相變材料通訊、電力

在通訊、電力等設備箱（間）降溫方面，相變材料可以節(jié)省設備成本75%以上。在通訊領域，已經廣泛應用于通訊基站的機房、電池組間，使傳統(tǒng)的一年壽命的設備可以延長到4年或更多。