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论泡沫金属复合相变资料制备及功能

2013-06-03 15:58 来历:冶金工业论文 人参加在线咨询

一些相变资料在通过屡次熔化/凝结循环后会发作相别离、过冷现象和相变点温度、体积改变等问题,这大大地约束了它们的运用。因而,一种相变储能设备的成功运用首要取决于选用相变资料的热安稳性,通过相变资料重复的热循环实验检查其热物性改变保证该储能设备能够长时刻安稳运转[18]。本文选用0~120℃低温相变温度区的单位体积相变焓较高的结晶水合盐——八水氢氧化钡(Ba(OH)2•8H2O)。通过150次热循环实验剖析其首要热力学参数的改变状况,并规划制备了三套八水氢氧化钡的相变潜热储能设备,通过实验测验剖析了填充多孔金属泡沫对结晶水合盐功能的影响。

实验资料和办法

1.实验资料

八水氢氧化钡为剖析纯(纯度≥98%);一组泡沫铜的孔密度(poresperinch,PPI)为10,孔隙率为97.13%,另一组泡沫铜PPI为25,孔隙率为96.58%。

2.泡沫复合相变资料的制备

运用泡沫铜为载体,Ba(OH)2•8H2O为相变资料,制备复合相变储能资料。因为Ba(OH)2•8H2O在熔融状况下极易与空气中的二氧化碳发作反响,需求运用真空加热炉对八水氢氧化钡进行均匀加热,固态的Ba(OH)2•8H2O熔化为液态,完结Ba(OH)2•8H2O相变储能资料在氩气维护的条件下进行多孔资料吸赞同填充。为了避免相变储能设备在导热进程中呈现不良影响,对泡沫铜与相变储能设备空腔选用微过盈合作。并再次对安装泡沫铜的相变储能设备在真空充氩条件下均匀加热,二次填充熔融状况下的Ba(OH)2•8H2O,这样重复操作,尽或许进步Ba(OH)2•8H2O的填充量。在填充相变资料进程中发现,因为泡沫铜的毛细力和表面张力的一起效果,熔融状况的相变资料一般不易渗出,然后克服了相变资料在制备工艺中液相活动问题。

3.八水氢氧化钡热循环实验

相变资料通过重复屡次熔化/凝结进程,为了保证相变储能体系具有较长的运用寿命,要求相变资料在重复吸热/放热循环之后其相变温度与相变潜热保持安稳。因而,选用一种相变资料运用于相变储能体系中,剖析重复屡次热循环实验对相变资料热物性参数的影响是很必要的。

依据美国金属学会的金属手册(第二卷)所述氢氧化钡与铜合金具有杰出的相容性,称取40g研磨好的Ba(OH)2•8H2O填装到一支外径为20mm的紫铜试管中,刺进三线制探针型Pt100热电阻温度传感器,使热电阻头部测温区与样品充沛触摸,并对金属试管口进行密封处理,避免样品受热失掉结晶水,导致实验失利。把装有Ba(OH)2•8H2O的紫铜试管放入带有温度操控器的恒温水浴中,如图1所示,首要恒温水浴通过电热器加热水浴中的水,待相变资料彻底熔化后,封闭电加热器,翻开恒温水槽排水阀门和进水(来自于20℃自来水)阀门使样品彻底冷却,完结一个样品的吸热/放热循环。待完结50次,100次,150次循环时,别离取出大约1g的相变资料用于差示扫描量热法(differentialscanningcalorimetry,DSC)测验剖析。

DSC剖析在丈量相变资料热循环前后的熔点和相变潜热的运用十分广泛。本实验选用德国耐驰仪器制造有限公司出产的STA409PC型差示扫描量热仪,因为Ba(OH)2•8H2O有较强的腐蚀性,故选用耐腐蚀且气密性好的高压镀金坩埚,其螺纹密封衔接的规划使坩埚内部较高能够接受100bar的压力,这样能够有效地按捺Ba(OH)2•8H2O受热分出结晶水被吹扫气带走。DSC升温速率别离选用5℃•min-1,4℃•min-1,3℃•min-1,2℃•min-1测定八水氢氧化钡的反响温度和反响热,比较四种升温速率的DSC曲线,发现当加热速率过大,八水氢氧化钡在没有彻底熔化时其结晶水就开端蒸腾,测验DSC曲线会一起包含结晶水的蒸腾潜热。当加热速率太小时样品的熔点下降,丈量值会违背参考值较大。为了更明晰地观测样品的相变规则,选用3℃•min-1升温速率的DSC曲线较好,便于数据处理。温度操控规模为26~105℃,选用通气量为20ml•min-1的高纯氮气为吹扫维护气,在氮气环境维护了Ba(OH)2•8H2O在DSC测验中不会发作氧化复原反响[20]。

4.八水氢氧化钡相变储能设备功能实验

图2为Ba(OH)2•8H2O相变储能设备功能实验体系示意图。功能实验中规划制造了三组几许形状和资料相同的相变储能设备,其外形尺度150mm(长)×150mm(宽)×20mm(高),对三组选用紫铜作为资料的相变储能设备中心方位开120mm(长)×120mm(宽)×16mm(高)相同尺度的槽用于贮存Ba(OH)2•8H2O相变资料。其间,第一组不添加泡沫铜,第二组添加10PPI的泡沫铜,第三组添加25PPI的泡沫铜,填料结束后选用真空电子束对整个储能体进行焊接封装。与相变储能设备横截面巨细持平的薄膜电加热器严密地粘附在三组相变储能设备的下底面,通过直流稳压稳流电源操控电加热器的输入功率,把加热热量快速的传递到相变储能设备中。实验顶用贴片式热电阻对三组不同相变储能设备的表面温度进行丈量,6支Pt100热电阻对应固定在三组相变储能设备上表面的相同方位,意图为了能够进行实验成果的比照剖析。用于温度丈量的Pt100热电阻在测验之前通过规范温度计进行标定,测温差错为±0.1℃。丈量温度由数据收集模块(ADAM-4015)自动记录,数据收集的时刻距离为2秒,在电脑显示器中制造出吸热/放热进程中温度随时刻的改变曲线。

实验成果与评论

1.八水氢氧化钡热循环功能剖析

由图3能够看出,DSC升温速率不同对八水氢氧化钡测验成果造成了必定的影响,选用Tau-lagging剖析办法有效地削减升温速率对DSC曲线形状及特征峰方位的影响,通过表1取得四组不同升温速率的DSC潜热丈量值与其升温速率之间的改变曲线,再拟合外推出零加热速率下Ba(OH)2•8H2O的真实潜热值。因而,Ba(OH)2•8H2O初始第0次循环、零升温速率的潜热值为276.8kJ•kg-1。图4~6别离表明八水氢氧化钡通过50次、100次、150次热循环实验后的取样剖析的DSC测验曲线,其间以第0次循环DSC值为参考值,表2为热循环实验次数对八水氢氧化钡相变资料热物性参数的影响。八水氢氧化钡在通过50次、100次、150次热循环后,参照第0次循环其相变点温度的改变别离为-0.1℃、0.1℃、0.1℃,阐明八水氢氧化钡随循环次数的添加相变点温度的改变不大,一直保持在78.4~78.6℃。而相变潜热的改变别离为-0.72%、-3.4%、-5.06%,由此取得跟着热循环次数的添加,八水氢氧化钡相变资料的潜热略有下降且改变较小,介于262.8~276.8kJ•kg-1之间,剖析或许发生相变潜热值下降的首要因素是在热循环实验中,Ba(OH)2•8H2O是不安稳水合盐,受热会构成Ba(OH)2•H2O,Ba(OH)2•H2O的溶解度有限,在必定温度下不能彻底溶解于水合盐吸热脱出的结晶水,因为密度较大而沉积试管底部,呈现相别离。在冷却进程中,没有采纳特别办法,分出的Ba(OH)2•H2O不能与水从头结合生成结晶水合物,跟着热循环次数的添加,分出晶体逐步增多,相别离现象日趋严重,然后影响了相变资料的全体蓄热功能[21]。表2中所测循环热物性数据与文献[4]说到Ba(OH)2•8H2O的热物性参数相符。

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