面向储能应用的纳米复合相变材料固液相变传热特性实验研究

摘要

由添加高导热的纳米结构填料所形成的纳米复合相变材料具有较高的有效导热系数，可望成为解决传统相变材料导热系数较低问题的新途径。纳米复合相变材料是复合材料技术在相变储能中的应用，体现了新兴纳米材料科学与传统工程热物理和能源利用学科的协同创新。过往的研究工作主要集中在纳米复合相变材料的制备与热物性表征上，近年来逐渐拓展到对其固液相变储能过程性能的研究。在对纳米复合相变材料固液相变储能过程的若干最新研究进行了回顾，从相变储能系统的动态性能和典型的凝固/熔化传热过程两方面总结了相关研究的进展，并重点评述了数值模拟研究中纳米复合相变材料有效热物性预测方法的适用性及其与实验结果之间的偏差。本文在对纳米复合相变材料的物性进行实验测量的基础上，对其固液相变储能过程进行了实验研究。通过设计并进行纳米复合相变材料的底部冷却的定向凝固实验和底部加热的熔化实验，研究分析了纳米复合相变材料的物性改变对相变传热过程的影响。

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摘要

主要符号表

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 相变传热熔化中的自然对流研究

1．2．1 大空间熔化

1．2．2 有限空间内的熔化

1．3 纳米复合相变材料

1．3．1 相变储能系统的动态性能研究

1．3．2 典型的固液相变传热过程研究

1．3．3 纳米复合相变材料的有效热物性

1．4 本文主要研究内容

2 纳米复合相交材料的制备及其表征

2．1 纳米复合相交材料的制备

2．2 纳米复合相变材料的表征

2．2．1 导热系数的测量

2．2．2 比热、熔化潜热和熔化温度的测量

2．2．3 粘度测量

2．2．4 密度与热膨胀系数测量与计算

3 碳纳米管纳米复合相变材料的定向凝固

3．1 简介

3．2 实验装置以及实验流程

3．2．1 实验装置

3．2．2 实验流程

3．3 实验结果以及讨论

3．3．1 纳米复合相变材料物性的强化

3．3．2 纳米复合相变材料凝固过程强化

3．4 本章小结

4 碳纳米管纳米复合相变材料的底部熔化

4．1 简介

4．2 实验装置以及实验流程

4．2．1 实验装置

4．2．2 实验流程

4．3 实验结果以及讨论

4．4 本章小结

5 石墨烯纳米复合相变材料的底部熔化

5．1 简介

5．2 实验以及数据处理

5．2．1 实验装置及过程

5．2．2 数据处理

5．3 结果以及讨论

5．3．1 纯十四醇熔化过程

5．3．2 石墨烯纳米复合相变材料的熔化过程

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间科研成果