【摘 要】
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随着科学技术不断地发展,人类社会对能源的需求不断增长导致能源危机和环境污染问题日益突出,人们愈发重视能源的高效利用。在这种背景下,相变储能技术得到了飞速的发展。相变储能技术的核心是相变材料,相变材料可以通过相变过程来吸收或释放大量潜热。利用相变材料的这种储热特性,可对不连续、不稳定的热量进行充分利用。通过微胶囊技术将相变材料作为芯材制成相变材料微胶囊,可以克服相变材料在单独使用过程中存在的易泄漏、
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随着科学技术不断地发展,人类社会对能源的需求不断增长导致能源危机和环境污染问题日益突出,人们愈发重视能源的高效利用。在这种背景下,相变储能技术得到了飞速的发展。相变储能技术的核心是相变材料,相变材料可以通过相变过程来吸收或释放大量潜热。利用相变材料的这种储热特性,可对不连续、不稳定的热量进行充分利用。通过微胶囊技术将相变材料作为芯材制成相变材料微胶囊,可以克服相变材料在单独使用过程中存在的易泄漏、相容性差和腐蚀性等问题。理想的相变材料微胶囊应具有储能密度大、传热性能好、性能稳定等优点。本论文致力于用一种操作简单,对环境友好的方法制备高储热、稳定性好的相变材料微胶囊。主要研究内容如下:1.本文中制备了两种二元共熔水合盐（EHS）,利用SEM、XRD、步冷实验装置和差示扫描量热分析等测试手段对其微观形貌,化学结构和储热性能进行了研究。Na2SO4·10H2O和Na2CO3·10H2O可分别与Na2HPO4·12H2O通过熔融-混合法制备出二元EHS。Na2SO4·10H2O与Na2HPO4·12H2O的质量比为2.5:7.5时为最佳质量比,步冷曲线表明其相变温度为29.3℃,过冷度为3℃左右;DSC测得其相变潜热为218.58J/g。Na2CO3·10H2O与Na2HPO4·12H2O的质量比为4:6时为最佳质量比,步冷曲线表明其相变温度为21.3℃,过冷度为9℃左右;DSC测得其相变潜热为214.26J/g。SEM和XRD的测试结果显示出共晶盐是由两种水合盐物理混合得到,并未发生化学反应。2.以ABS和EC为复合壳材,采用有机相分离法,通过二甲基硅油（PDMS）引发壳材在二氯甲烷中的相分离制备了以共晶盐（Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O）为芯材的相变材料微胶囊。同时对制备过程中的大部分有机试剂进行回收再利用,研究了相变材料微胶囊的制备原理。用SEM及其电子能谱（EDS）、FT-IR、DSC和冻融循环测试表征了微胶囊的微观结构、化学组成、相变性质和热稳定性。此方法制备的相变材料微胶囊的相变焓为182.36J/g,相变温度为29.7℃。SEM的结果表明微胶囊近似球形,壳材在共晶盐表面形成了致密的膜,且具有典型的核-壳结构。3.以ABS和EC为复合壳材,通过改进的有机相分离法,成功制备了以共晶盐（Na2CO3·10H2O-Na2HPO4·12H2O）为芯材的微胶囊。用SEM及其电子能谱（EDS）、FT-IR、DSC和冻融循环测试表征了微胶囊的微观结构、化学组成、相变性质和热稳定性。探讨了不同种类表面活性剂、表面活性剂用量和芯材壳材质量比对微胶囊粒径和微观形貌的影响。4.基于传热学原理对相变材料的传热方式进行了分析,采用ANSYS Workbench 2020建立有限元模型对微胶囊内部的温度场和相态变化进行数值模拟。最后建立墙体的模型,模拟相变材料微胶囊分散于墙体之后,对室内温度的影响。结果表明,微胶囊内部的相变材料在温度达到相变温度之后迅速完成相态转变,因此并不需要在相变材料中加入增强导热系数的物质;而且如果相变材料微胶囊应用于建筑领域,相对低的导热系数有利于室内温度的平衡。
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