脂肪酸/碳纳米管在蓄能空调中的热物性研究

摘要

本文介绍了如何配制一种新型的蓄能材料用于温湿度独立控制系统，内容包括脂肪酸复合相变材料的制备、相变特性、导热特性等热物性的研究以及在蓄能空调系统中使用情况等。通过理论、实验相结合的研究实践，并通过数值模拟进行蓄能过程的观测，在纯物质相变材料脂肪酸的基础上对其性能进行改进。选用三元脂肪酸作为蓄冷材料，月桂酸作为蓄热材料，配置不同质量分数的脂肪酸碳纳米管复合材料，采用不同的处理方法对复合体系中的碳纳米管进行分散，经实验后发现，适当的分散剂数量以及超声处理可以较好的改善碳纳米管在材料中的分散特性，但当碳纳米管所占的质量比超过1％时，会出现明显的分层沉降现象。用DSC测量纯脂肪酸材料和质量分数为0.2%、0.5%、0.8%的复合材料的相变特性，用Hot Disk测量其导热系数，并对材料进行100次熔化凝固循环测试。结果表明，复合蓄冷材料的相变温度基本不变，熔点范围是14~17℃，相变焓值变化很小，导热系数随着碳纳米管所占质量份额的增大而显著提高，在质量分数为0.8%时，固液相导热系数分别为0.293 W/m?k和0.581 W/m?k，提高了33%、35%，热循环性能良好，可以当做一种性质优良的蓄冷材料投入使用；蓄热材料相变特性与月桂酸基本相同，导热系数最高为0.31 W/m?k和0.58 W/m?k，分别提高了29%、34%，说明添加少量的碳纳米管可以大幅改善复合材料的导热特性。选择质量分数为0.5%的复合材料对其蓄能过程进行流体数值模拟，以取冷过程的相态变化为例，并与纯物质蓄能材料的相态变化进行对比，发现复合材料蓄能时间大大缩短，减少了35%，有效提高了蓄能效率。

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第一章 绪论

1.1 课题来源和研究背景及意义

1.2 相变储能材料的研究进展

1.3 碳纳米管的研究进展

1.4 温湿度独立控制空调系统

1.5 本课题主要研究内容

第二章 蓄冷相变材料的制备及其热物性分析

2.1 脂肪酸碳纳米管蓄冷复合材料的制备

2.2 脂肪酸碳纳米管蓄冷材料的热物性

2.3 本章小结

第三章 蓄热相变材料的制备及其热物性分析

3.1 月桂酸碳纳米管复合蓄热材料的制备

3.2 月桂酸碳纳米管复合蓄热材料的热物性

3.3 本章小结

第四章 计算流体数值模拟软件和蓄能箱的设计

4.1 数值模拟软件

4.2 蓄能箱的设计

4.3 本章小结

第五章 蓄能箱的数值模拟

5.1 相变蓄能箱的物理模型

5.2 相变蓄能箱的数学模型

5.3 网格的设置和差分方法的选择

5.4 蓄能箱模型模拟计算的设置

5.5 相变蓄能箱模型模拟结果及其分析

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果