有机相变材料促进水合物形成研究

摘要

伴随着生活条件的提高，人们对建筑热舒适性有了更高的要求，空调系统被广泛应用于调节建筑室内外热舒适性环境。由于空调系统耗电量大，占建筑能耗的比重也最大，增加了煤炭、天然气等资源的消耗。白天用电负荷明显大于夜间用电负荷，加剧电网用电的不平衡性，导致夜间的用电效率低。蓄冷空调系统可以充分利用低谷电力，缓解用电峰谷差，是调节昼夜峰谷差的一种手段。常见的蓄冷空调系统主要是水蓄冷系统、冰蓄冷系统、共晶盐蓄冷系统。
　　气体水合物蓄冷空调系统是一种新型的蓄冷系统，相比较传统的水蓄冷、冰蓄冷、共晶盐蓄冷有很大的优势。气体水合物作为蓄冷介质，主要依靠它可以在0℃以上结晶、释放大量相变潜热的优点，满足常规空调工况的要求。不过气体水合物形成存在诱导时间长、过冷度大等缺点，为此，水合物形成促进技术方面的研究显得尤为重要。
　　本文从水合物促进技术的角度出发，研究了有机相变材料对水合物的促进效果，探讨了碳纳米管对水合物形成和分解的影响，测量了水合物的蓄冷量。具体来说，本文的工作主要分为以下几个部分:
　　(1)向四氢呋喃水合物中添加有机相变材料壬酸，研究壬酸对四氢呋喃水合物形成的影响。实验结果表明，壬酸的添加可以促进了四氢呋喃水合物的形成，并且壬酸存在一个最佳添加量，最佳添加量为3％。
　　(2)通过复配正癸酸和十二醇两种有机相变材料，研究其对HCFC-141b水合物形成的影响，有机复合相变材料添加量在1％时对水合物形成的促进效果最好。
　　(3)研究了温度对水合物形成的影响。结果表明，温度越低，水合物形成诱导时间越短，生成量越大，生长速度越快。
　　(4)利用混合量热法测量并计算出添加了有机相变材料壬酸条件下四氢呋喃水合体系的蓄冷量和添加了有机复合相变材料CA-DE条件下HCFC-141b水合体系的蓄冷量，平均蓄冷量分别为223.8kJ/kg和211.1kJ/kg。
　　(5)初步探索了羧基化多壁碳纳米管对水合物形成的影响，羧基化多壁碳纳米管不但可以促进水合物的快速形成，而且能够加快水合物的分解速度。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 蓄冷技术概述

1．3 气体水合物概述

1．3．1 气体水合物发展历程

1．3．2 气体水合物结构

1．3．3 气体水合物动力学研究进展

1．3．4 气体水合物蓄冷技术研究进展

1．4 研究内容

第二章 壬酸对四氢呋喃水合物形成的影响

2．1 有机相变材料

2．2 有机相变材料对促进水合物形的可行性分析

2．3 实验内容

2．3．1 实验装置

2．3．2 实验材料

2．3．3 实验过程

2．4 实验结果与讨论

2．4．1 壬酸对四氢呋喃水合物形成的影响

2．4．2 温度对THF水合物形成的影响

2．5 本章小结

第三章 有机复合相变材料对HCFC-141b水合物形成的影响

3．1 有机复合相变材料

3．2 实验内容

3．2．3 实验过程

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 CA-DE对HCFC-141b水合物形成的影响

3．3．2 温度对HCFC-141b水合物形成的影响

3．4 本章小结

第四章 水合物蓄冷特性研究

4．1 水合物相变潜热确定方法

4．2 实验研究

4．2．1 实验材料及装置

4．2．2 实验过程

4．3 水合物蓄冷量计算

4．3．1 水合物蓄冷量理论分析

4．3．2 验证性实验

4．4 实验结果与讨论

4．4．1 有机相变材料对四氢呋哺水合物蓄冷量的影响

4．4．2 有机相变材料对HCFC-141b水合物蓄冷量的影响

4．5 本章小结

第五章 羧基化多壁碳纳米管对水合物形成的影响

5．1 碳纳米管简介

5．2 羧基化多壁碳纳米管对促进水合物形成的可行性分析

5．3 实验内容

5．3．1 实验装置

5．3．2 实验材料

5．3．3 实验过程

5．4 实验结果与讨论

5．4．1 羧基化多壁碳纳米管对水合物形成的影响

5．4．2 羧基化多壁碳纳米管与SDS协同作用对HCF-141b水合物生成的影响

5．4．3 羧基化多壁碳纳米管对四氢呋喃水合物分解的影响

5．5 本章小结

6．1 研究结论

6．2 研究展望

参考文献

图表目录

致谢

作者简历