冰温蓄冷材料及其相变蓄冷特性的实验研究

摘要

随着经济的发展，生活水平的提高，消费者对新鲜水果，蔬菜的质量要求越来越高。这一要求大大推进了科学工作者对食品贮藏方法的不懈努力研究。20世纪70年代所诞生的冰温技术，就是其重要成果之一。与此同时，能源是人类生存和发展的基础，环境是人类为生存、发展所需物质、能量的贮存场所。能源和环境问题，已成为制约人类为物质和精神生活进一步提高的严重障碍。纵观整个世界，随着科学技术的进步与发展，人们对能源的需求日益增加，但同时对能源的利用又存在很大的浪费，这样一方面造成能源的供给渐趋紧张，另一方面也加剧着环境的恶化。因此，如何开发出新的绿色能源及提高其利用率已经成为非常紧迫的世界性课题。 发展冰温相变蓄冷材料是实现提高食品保鲜质量的新型技术。目前的蓄冷技术主要应用于建筑物的空调，随着技术的发展，可望将它的应用范围与食品保鲜相结合进行研究并将其应用于人们的日常生活中。冰温相变蓄冷材料技术的研究具有理论和实用意义。 本文对一些二元共晶盐体系及有机物水溶液进行了筛选实验，本文的初选原则为：以冰温工业中常用的0～-5℃为目标相变温度，针对氯化钠(NaCL)、氯化钾(KCL)、三水醋酸钠(CH3COONα3H2)、硝酸钠(NαNO3)、硫酸钠(Nα2SO4)盐溶液和有机物丙三醇、1，3-丁二醇(1，3-butanediol)、乙醇(ethanol)、1，4-丁二醇(1，4-Butanediol)、蔗糖为实验选取研究对象。找到了一种相变温度为-2.64℃的硫酸钠水溶液共晶盐相变蓄冷材料：测试了此材料的相变温度，并对其出现的过冷和相分离现象进行了分析，此材料有望在冰温食品保鲜及某些食品生产领域中得到应用。 冰温相变蓄冷材料应满足的条件有适合冰温工业中常用的温度范围的相变温度、合适的相变潜热等，本文主要研究冰温相变蓄冷材料的相变温度及针对过冷度问题的成核剂筛选实验。实验结果表明： 具有共晶浓度的水一盐体系相变性能稳定，很像纯物质，具有确定相变温度和潜热，并且具有融解热较大、体积蓄能密度大、价格便宜等优点，可以用作冰温相变蓄冷材料。硫酸钠水溶液共晶体系的相变温度为-2.64℃，而且凝固和融解过程的温度一时间曲线平坦，相变温度稳定，有望成为冰温相变蓄冷材料，用于冰温食品保鲜及某些场合。 共晶盐的成核能力较差，存在一定的过冷度，由于非均匀成核所要求的过冷度要比均匀成核大得多，因此可以加入适量的某种添加剂促进非均匀成核，减少其过冷度。在凝固-熔解过后，硫酸钠水溶液体系出现了少量的盐沉淀，本实验是在熔解后采用了添加高吸水树脂消除沉淀的，建议通过试验的方法来寻找合适的增稠剂来抑制相分离。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1引言

1.2冰温技术的发展历史

1.3冰温贮藏原理

1.4蓄冷的基本方法

1.4.1显热蓄冷

1.4.2潜热蓄冷

1.4.3热化学蓄冷

1.5冰温相变蓄冷材料的工作原理

1.5.1固—液相变蓄冷材料

1.5.2固—固相变蓄冷材料

1.5.3定型相变蓄冷材料

1.6冰温相变蓄冷材料应满足的要求

1.7相变蓄冷材料的发展历史

1.8蓄冷技术研究发展现状

1.9研究目标

1.10本章小结

第二章冰温相变蓄冷材料研究的热力学基础

2.1引言

2.2相平衡和相律

2.2.1相平衡

2.2.2相律

2.3相变材料的热物性及测定方法

2.3.1由步冷曲线测绘相图

2.3.2 DSC分析方法

第三章冰温相变蓄冷材料蓄冷剂的选取

3.1引言

3.2主蓄冷剂的选取

3.3实验原理

3.4材料与方法

3.4.1实验试剂

3.4.2实验设备

3.4.3预实验

3.4.4核心蓄冷剂的选取实验结果及分析

3.5实验数据的误差分析

3.6本章小结

第四章冰温相变蓄冷材料的配制优化

4.1引言

4.2过冷现象的动力学分析

4.3溶液溶解度对结晶的影响

4.4成核剂添加实验

4.4.1实验材料

4.4.2实验装置

4.4.3实验过程

4.5成核剂实验结果分析

4.6蓄冷剂潜热测量实验

4.7蓄冷剂潜热测量实验结论

4.8添加增稠剂的冰温蓄冷剂

4.8.1增稠剂选择实验

4.9冰温蓄冷剂的热物性实验

4.10本章小结

第五章冰温相变蓄冷材料蓄冷特性的实验研究

5.1引言

5.2实验原理及模型

5.2.1原理

5.2.2数学物理模型及求解方法

5.3实验目的

5.4实验系统

5.5实验过程

5.6实验结果及讨论

5.6.1冷藏箱箱体温度测定结果

5.6.2 讨论

5.7本章小结

第六章结论与建议

参考文献

致谢