论文部分内容阅读
脂肪酸作为一种常用的有机相变材料,通式为CnH2nn O2,具有循环熔融/结晶稳定的热性能及无毒、无腐蚀性等特点,在建筑节能和调温纺织品等领域得到了较为广泛的关注,主要有硬脂酸（SA）、棕榈酸（PA）、豆蔻酸（MA）、月桂酸（LA）、癸酸（CA）和辛酸（OA）等。然而,单一的脂肪酸相变温度固定、熔融温度较高而不能直接应用于建筑节能、空调蓄冷等领域,其导热系数较低的不足也限制了其工业应用。因此,对于脂肪酸类复合相变材料的研究具有较为重要的意义和价值。本论文针对单一的脂肪酸相变温度固定、熔融温度较高而不能直接应用于建筑、空调蓄冷等领域的不足,选用正癸酸、十四醇作为本研究的相变材料,通过熔融共混法制备出正癸酸-十四醇复合相变材料并对其储热性能进行实验研究,选用正癸酸、十四醇的复合相变材料为基液,通过添加具有高导热系数的三种纳米粒子制备出正癸酸-十四醇/纳米粒子复合相变材料并对其储热性能进行实验研究,还利用ANSYS软件对添加纳米粒子和不添加纳米粒子的复合相变材料相变过程进行模拟分析。整个研究的主要内容如下:1.正癸酸-十四醇复合相变材料的制备与储热性能的实验研究将不同摩尔比的正癸酸和十四醇采用熔融共混法制备出正癸酸-十四醇复合相变材料,并通过KEITHLEY 2700数据采集系统、NETZSCH STA449F3同步热分析仪、Hot disk TPS2500导热系数测定仪对其主要热物理性能进行了表征,实验测试结果表明:当正癸酸和十四醇的摩尔比为7:3时,所制备的正癸酸-十四醇复合相变材料的相变温度为20.34°C、相变潜热为163.85kJ?kg-1;其导热系数在相变温度附近变化较为激烈当升高到一定温度后,导热系数逐渐平稳且略低于固态时的导热系数;将摩尔比为7:3的正癸酸-十四醇复合相变材料进行600次融化-凝固循环测试,测试结果验证了该类复合相变材料具有良好的热稳定性。2.正癸酸-十四醇/纳米粒子复合相变材料的制备与储热性能研究选取正癸酸和十四醇摩尔比为7:3的正癸酸-十四醇复合相变材料为基液,通过添加不同质量分数的纳米石墨、纳米铜和纳米铝制备成正癸酸-十四醇/纳米石墨复合相变材料、正癸酸-十四醇/纳米铜复合相变材料和正癸酸-十四醇/纳米铝复合相变材料,实验测试结果表明:正癸酸-十四醇/纳米粒子复合相变材料的导热系数相对于基液都有了较大幅度的提高,且对其相变潜热和相变温度没有太大的影响;当所添加纳米石墨质量分数为0.6%时,所制备的正癸酸-十四醇/纳米石墨复合相变材料的主要热物理性能与添加其它质量分数纳米石墨相比为最好,其固态和液态的导热系数分别提高了39.5%和35.2%,其相变温度和相变潜热分别为20.42°C、154.25kJ?kg-1,并具有较好的热稳定性;当所添加纳米铜质量分数为0.4%时,所制备的正癸酸-十四醇/纳米铜复合相变材料主要热物理性能与添加其它质量分数纳米铜相比为最好,其固态和液态的导热系数分别提高了6.64%和11.04%,其相变温度和相变潜热分别为20.26°C、157.85kJ?kg-1,并具有较好的热稳定性;当所添加纳米铝质量分数为0.5%时,所制备的正癸酸-十四醇/纳米铝复合相变材料主要热物理性能与添加其它质量分数纳米铝相比为最好,固态和液态的导热系数分别提高了15.77%和29.39%,相变温度和相变潜热分别为20.23°C、155.12kJ?kg-1,并具有较好的热稳定性。3.复合相变材料相变过程的模拟分析通过利用ANSYS软件对正癸酸-十四醇复合相变材料和正癸酸-十四醇/纳米粒子复合相变材料的相变过程进行模拟分析,模拟分析结果与实验研究结果相吻合,即三种纳米粒子皆能有效提高正癸酸-十四醇复合相变材料的导热系数且添加纳米石墨的复合相变材料导热性能最佳。本论文的研究工作及其所取得的研究成果可望解决单一的脂肪酸相变温度固定、熔融温度较高而不能直接应用于建筑、空调蓄冷等领域的问题,通过探索适用于建筑节能应用的脂肪酸类复合相变材料的制备及其储热性能研究,为其在工业与民用建筑结构的加热或采暖中的应用提供较为可靠的实验依据和技术基础。