不同冷却温度下相变材料Na2SO4

1、不同冷却温度下相变材料Na2SO410H2O的过冷行为来源:沈阳建筑大学市政与环境工程学院作者:李国柱研究不同冷却温度下结晶水合盐Na2S0410H2O的过冷行为。建立了过冷行为的测试装置，测试并绘制了不同冷却温度下Na2S0410H2O添加成核剂前后的步冷曲线，以研究其过冷行为。结果表明，冷却温度在5°C25°C时过冷度随冷却温度的减小而增大；冷却温度为25C时Na2S0410H20不发生完全结晶甚至不结晶；最小过冷度发生在冷却温度为20C时，为5.3C；最大过冷度发生在冷却温度为5°C时而非0°C,为15.9°C。添加成核剂可降低Na2S0

2、410H2O的过冷度，但放热温度变小，且随着冷却温度的减小而降低。相变材料(PhaseChangeMaterial,PCM)性能研究及其在暖通空调、废热回收及太阳能利用等领域的应用，是被重点研究的交叉领域。相变材料一般可分为有机类、无机类和混合类。结晶水合盐相变材料属于无机类，它具有价格较便宜、溶解热较大、使用范围广等特点，通常是中低温储能材料中重要的一类，Na2S0410H20即是此类的典型材料。结晶水合盐相变材料在“熔-冻”过程中，通常存在过冷度大的现象，导致熔化与凝固的温度不一致，严重制约了实际应用。国外对结晶水合盐的研究在20世纪70年代已经开始，80年代研究已经达到高峰，国内则从20

3、世纪80年代开始相继开展Na2S0410H20作为相变储热材料的研究°Telkes对Na2S0410H20的过冷性进行了深入研究，指出添加硼砂作为成核剂是解决过冷的有效途径；0nwubiko通过DSC研究得出添加0.95%的农用硼砂可使Na2S0410H20的过冷度降至最小，Ryu的研究显示硼砂的最佳量为3%；Marks指出成核剂硼砂可降低Na2S0410H20的过冷度，但其储热性能会随着循环使用而衰减。杨立斌和丁益民分别对Na2S0410H20的结晶动力学和水合盐储热材料的成核作用做了论述；曾翠华指出，加入成核剂是降低无机水合盐过冷度较经济有效的措施；范颖讨论了不同成核剂对硫酸钠溶

4、液过冷度的影响。国内外学者对Na2S0410H20作为相变储能材料的研究主要集中在过冷机理论述、成核剂筛选和成核剂用量等工作上，而针对不同冷却温度下相变材料Na2S0410H20过冷行为的研究鲜见报道。本文在分析阐述结晶水合盐过冷机理的基础上，对不同冷却温度下Na2S0410H20添加成核剂前后的过冷度进行测试，并绘制Na2S0410H20的步冷曲线，以研究不同冷却温度下相变材料Na2S0410H20的过冷行为，为实际应用及进一步的材料性能研究奠定基础。1、实验材料和方法1.1、试剂材料测试材料的具体组成和基本性能：Na2S0410H20，纯度规格为分析纯，实验中作为相变材料；硼砂，纯度规格为

5、分析纯，实验中作为相变材料Na2S0410H20的成核剂。1.2、测试方法结晶水合盐的温度在熔点Tm时通常并不发生结晶，必须使温度降低到熔点以下某个温度时才开始结晶。当相变发生时，吉布斯自由能(G)就要降低，降低的这部分自由能AG就提供了相变产生的推动力。一个体系的自由能定义为G=H-TS(1)式中：G为体系的自由能；H为焓，表征体系的热含量；T为绝对温度；S为熵，表征体系的''混乱度。对于具有a相和b相的两相物质，当由a相转变b相时，有G=Gb-GavO(2)式中，Ga为a相的自由能；Gb为b相的自由能。液相自由能GL和固相自由能GS随温度的变化规律如图1所示，图1表明，当温

6、度TvTm时，GS-GLvO,为液相转化为固相；当温度T>Tm时，GL-GSvO,为固相转化为液相；当温度T=Tm时，为固、液两相共存状态。L热处理网renjhuIipcori图1液相与固相自由能随温度变化示意图结论1）结晶水合盐发生液-固相变需要一定的过冷度作为结晶驱动力；2）冷却温度在525°C范围内，Na2S0410H2O的过冷度随冷却温度的减小而呈现增大趋势，最大过冷度发生在5°C,为15.9C，最小过冷度发生在20°C,为5.3C；冷却温度为0°C时，Na2S0410H20的过冷度相对5°C时反而减小，平均在9°C左右；冷却温度为25C时，Na2S0410H2O由于过冷的存在而不会发生完全结晶甚至不发生结晶；3）添加3%的硼砂作为成核剂可有效改善Na2S0410H2O过冷度大的问题，但放热''平台的温度较未加入成核剂的Na2S0410H20有所减小，且''平台”温度易受冷却温度影响，表现为“平台”温度随冷却温度的降低而