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低水平热储量聚合物相变材料的热传导的调查和研究 姓名:张金标 学号:Z09016025摘要：一种新型的低水平热储量材料已经被阐述。这是一个水与水溶性聚合和交联单体的稳定聚合如聚丙烯酰胺. 介绍了定量结果的热物理性质的材料。这些参数是用来描述在板的有限厚度相变前理论方法的进展，计算结果发现，在良好的协议与实验数据的考虑时间冻结和解冻样品。 关键词：能量储存 潜热 模拟 冷储存 命名 A, B, C, D =无量纲数 C, =热容量(kJ kg- K-l) E, e =浓度(m) k =导热系数(Wm- K-r) L =潜热(kJ kg-) n =整数 Q, q=热量(kJ) r, s =指数 7 =温度 (K) t, u =时间 (s) x =空间坐标 希腊符号 a = 无量纲系数 x = 扩散系数(m2 s-l) p = 密度(kg m-) D = 表面 (m2)t = 持续时间(s) 下标a =理论 b = 最后c = 相位变换 f = 冰点 i = 冰 WI = 中间 f = 解冻 w =水 o = 最大限度 相变材料的热传导 介绍 各种方式的储热,在一个相对较小的空间，在一个恒定的温度,潜热存储似乎是最有效的一个积累了相当数量的能量,这是很好的适应了各种方案的加热或冷却建筑物,特别是应用在生产涉及低温间隔,如冷却过程和空调.目前，由于其较高的成本，选择这样一个系统是唯一的理由时，它提供了重要的优势，存储系统采用显热储存。潜热蓄热系统的设计可以作为一个热交换器之间的相变材料（相变材料）和回收液。传热表面通常是最昂贵的一部分存储系统，和这对一个显着的成本刑罚潜热的设备。许多调查已进行了解决这一问题，采用直接接触之间的存储介质和回收液。同时，直接接触传热，需要一个稳定的形式编码，不粘在一起的熔点以上温度。前实验表明，4-61 很难保持分离而出现不稳定，导致凝血和聚。到现在为止，没有令人满意的解决这个问题已被发现。 一个充满希望的解决方案被提出，使用新材料，保持一致的固体的相变温度以下。这个想法是包括在一个三维网络聚合物的聚合过程。相变元件，因此，保留在网络，因为界面应力和化学键，无渗出的水发生在一个阶段的变化周期。这种方法含有相变材料应用在水中聚丙烯酰胺。最后的材料仍然是一个好的形状确定样本，无需涂层，并可以直接使用在一个存储单元的 第一部分是本文致力于该结果有关的热物性参数的材料。一个比较之间的物质和商业化是提出并显示实际潜力的这种物质积累大量的能量。 其次是研究材料的热行为的有限扩张的动态条件下的冻结和解冻。许多研究已被用于传热问题的相变，并详细列出了出版的文献关于这一主题可以从隆拿甸尼 7。仿真模型先前制定的 8为样品材料受温度的一步在边界。该方法，在这一部分，是在这里给出一个完整的描述的进展冻结或融合前板。数值结果显示出很好的符合我们的实验数据和结果的文学经典。最后，用数值计算结果获得全球表达有关时间冻结或解冻的不同参数的问题。 热管材料的研究 准备材料 9可概括如下。首先，混合制成的溶液从两个最初的途径获得：丙烯酰胺和，和起始途径（过硫酸钾）。该混合物，然后保持在313钾，和聚合完成后约12小时。结构材料是图式中图1。样品平行六面体几何实现研究。该材料具有一致性的凝胶，是透明的和非毒性。这是必要的，保持它在有机纲要避免水分蒸发。该材料具有满足2矛盾的制约：最大水的热容量高和最大的聚合物，刚性好；材料含有90%的水似乎是一个很好的妥协。这里报告的结果获得了这一公式。 知识的确切价值的热参数是一个必要的调整一个模型描述的热行为和，因此，为了更好地利用材料。研究开发了热扩散性的测定。实验细胞只允许正常的热通量的平行六面体的材料样品进行了。样本是6.10m26.10m2米宽，和3.10m2米厚的光在293系列一个镍铬金属热电偶系列（0.1毫米）内设置记录温度的样品。 273 K以上和以下的不同温度区间进行实验，通过使用充满石蜡油恒温浴。一个典型的录音，中央温度T是图报。 2293 KT 303 K.这个古典的扩散问题的分析解决方案的比较允许评价样品的热扩散。其他热的特点，熔化L和比热C，潜热，已测通过一个差分示扫描量热（D.S.C.）。 表1总结了这些实验研究取得的成果。热物性参数值非常接近水和冰，这表明相变元素的属性的影响较弱的聚丙烯酰胺晶格。没有特殊现象出现这种体积（厘米）范围内的元素。这可能是补充材料的水浓度接近中所使用的一些聚丙烯酰胺凝胶电泳,其中的热性能和我们的实验结果相吻合. 新材料储热的真正潜力，在表2中可以观察。 “ 体积能量密度是比较不同的商业化相变材料，使用水作为一个阶段改变元素。人们可以观察到商业化相变材料，可以增加20 解释相变材料的空调。在商业化的中成药，涂层往往是一个塑料信封，这就涉及到风量存在必要的体积 伴随着相变的扩张。在新材料，聚合物网络取代 信封。鉴于这一结果，聚合过程中使用新的重述 材料出现一个非常有趣的方式来开发潜热存储材料。 模型描述 材料被用来实施热储存设备室预测完全解冻或持续融化样本所必须的, 为此，一个模型是描述时间依赖内部的温度分布样本进行相位变化。显然，情况简化材料仍然像一个坚实的上面相变温度。同时，实验的目的是为了验证理论方法。实验装置是同一个用于测定热扩散率。该程序用于实验的冻结和解冻。本最初和最后的温度是固定在253钾和结核病=，=293K。典型的记录的中间温度的样本是在图3为253 273K. 这种方法是为了研究冻结前板的进展,它的扩展是为了解冻和应用给数值表达有关的总时间冻结融的主要参数的问题。该程序将简要暴露在这里在单向直角坐标为冻结阶段；读者可以参考参考文献 8更多细节。该方法是基于热平衡在每个阶段之间的连续两年时代和+，可归纳为以下方式。让我们考虑，作为一个例子，相的冻结。 温度分布在时间t+dt是必然的傅里叶方程的瞬态解满足边界条件等，整体具有已知值凭借方程（1）和（2）。 该方法包括解决类似问题的扩散与相同的物理参数和相同的边界条件。选定的瞬态解剖面，积分（2）赋予价值要求（1）。因此，这个问题可以写为变量（，你），例如，在水中部分厚度e,., au = x,c $ T(x, 0) = T,.(e., t + dt) T(0, u) = T, g = 0. 关系（4）可以识别之间的积分和量子阱的qw(t + dt)所确定的热平衡（1）。该解决方案是一个古典傅立叶系列满足扩散方程，边界条件和积分的条件下产生的热平衡。这个温度剖面为瞬态解(at time t + dr)这部分。此过程重复每间隔时间直到接口达到中等的样品。 显然，这个程序可以适用于水或冰阶段和冻结或解冻。在冻结过程中，外冰相和温控器相连，可以简化，因为冰的扩散系数更大的价值。因此，温度分布的冰相过程可近似的线性解。 结果与讨论一个例子的理论成果为冻融是在图3。显然，理论计算结果有很好的根据实验记录的温度差。在那里，是中央温度。温度变化的介质中，样品呈现出典型的扁平形状特征的相变。最后的平面形状确定的总时间的相位变化的范例。我们注意到，对同一外部温度区间，时间，共融的样本是更长的时间比，总冻结和可以解释的“隔离”作用的外部水相解冻。在最后的完成时间的融合（分别解冻），95%以上的能量归还（分别）样品中的。该模型被证明是相当成功地定量预测的热行为该材料为解冻和融合；之间的差异模拟和实验相位变化的持续时间少于1分钟的样本3.10-*米厚（当总时间相变是超过1小时）；鉴于这种对抗，本模型是相信是有益的估计传热性能的一个单位使用的库存材料优化次充放电循环。 该材料是有用的参数，用于控制过程的尺寸的样品和温度区间；然后，通过运行的数值模型，它是可能的实现了调查的zf and Z，这些参数。本研究zf and Z，作为一个功能的宽度，该温度区间(258-288 K),，表明，(258-288 K),，是成正比的，一种类似于经典的结果，诺伊曼在半无限培养基。图4显示计算值方案作为一个功能的ATb = ( Tb - T,)的不同值，AT, = (T, - Tc)。为考虑温度区间下，其值为7，可以拟合直线，其中价值在AT* = 0 K是从模型诺伊曼 12。然后，一个回归分析导致： 7/ = (0) + 8.3ATb 结语 这种理论方法用于描述相变钱的位移在样本有限扩展时，允许计算冻结和解冻的时间。良好的协议，仿真结果和实验值视为验证这里提出的理论方法。结果可以用来给数学表达有关的时间冻结和融化的主要参数的问题，即尺寸的样品和温度间隔。然后，双方的结果和方法可以使用，例如，预测时间决定于能量从固定的能量储存的输入输出。新材料在这里似乎是非常有前途的实际应用涉及回收低水平的热能。实验技术用于制定材料是第一次阐述了包括石蜡 9 在一个三维立体网络聚苯乙烯。水的使用允许更大的热容量，因此，效率更高。热参数非常接近仅仅局限在一个网络聚合物那些水. 材料的成分bei90%水优化，材料具有固体形态在i273 12。此外，流变学研究 13，141的物质已得出的结论是,它的力学性能或多或少的受连续解冻和冻结的影响. 这样的结果对于在工业设备植入材料是很重要的. 最后，值得注意的是，通过修改，该材料可作为一个悬浮物被获得. 那么，这样的液体可作为回收液和储热流体。热流变性能 14这种流体的研究是一个开放式的问题。 参考文献: 1. Peippo, Kaurenen, P. and Lund, P., Energy and Building, 1991, 17. 2. Ghonem, A., Klein, S. and Duffie, J., Solar Energy, 1991, 47, 3. 3. Lorsch, H. G., Kauffman, K. W. and Denton, J. C., Energy Conversion, 1975, 15, 1. 4. Tomlinson, J. J., Proceedings of the IEA Workshop on Latent Heat Stores-Technology and Applications, Stuttgart, 1994. 5. Babin, L., Clausse, D., Sifrini, I., Broto, F. and Clausse, M., Le Journal de Physique-Lertres, 1978, 9, L-359. 6. Letan, R., ASME, 1976, 76, HT 27. 7. Lunardini, Thawing and Freezing, Elsevier, New York, 1991. 8. Guiffant, G., Flaud, P. and Royon, L., Inr. Comm. Heat Mass Transjzr, 1991, 18, I I. 9. Flaud, P., Tardi, M., Schwartzman, S. and Quemada, D., ANVAR Patent N”854012929, 1987.10. Hirata, Y., Kato, Y., Andoh, H., Fujiwara, N. and Ito, R., Journal of Chemical Engineering of Japan, 1993, 26, 2. Il. Carslaw, H. S. and Jaeger, J. C., Conduction of Heat in So&Is. Oxford University Press, Oxford, U.K. 1980. 12. Royon,