1、 1 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 1.1 引言引言 冷藏运输业作为近来新兴产业，与节能、食品安全、环保以及人民日常生活息息 相关， 因而其发展备受重视。 本文从冷藏运输现状出发， 旨在开发出一种廉价、 高效、 无污染、性能稳定、潜热量大的无机固-液相变材料，并通过一定的措施延长其寿命、 维持其稳定的性能，以使其得到更广泛的实际应用，解决冷板冷藏车发展制约因素， 提高其经济效益。 1.2 1.2 相变材料概述相变材料概述 1.2.1 相变材料的相变形式 物质的存在通常认为有三态，物质从一种状态到另一种状态叫相变。相变是物质 形态或组成的变化。相变过程一般是等温或近似等温过程。相变过程中伴有
2、能量的吸 收或释放，这部分能量称为相变潜热。 相变材料（phase change materials）的相变形式一般可分为下面四类： （1）Solid-Solid 固-固相变 （2）Solid-Liquid 固-液相变 （3）Liquid-Gas 液-汽相变 （4）Solid-Gas 固-汽相变 一般来说，从（1）到（4）相变潜热逐渐增大，由于第（3） 、 （4）类相变过程中 伴有大量气体的生成，相变物质的体积变化很大。因此，尽管这两类相变过程中相变 潜热很大，但在实际应用中很少被选用。 1.2.2 相变材料的分类 热能蓄存的方式主要有显热、潜热和化学反应热三种。显热蓄存时，蓄热材料在 蓄存和
3、释放热能时，只是材料本身发生温度的变化，而不发生任何其他变化。但在释 放热能时其温度发生持续变化，即不能维持在一定温度下释放所蓄热能。要克服这一 缺点，可利用潜热蓄存。潜热蓄存是利用蓄热材料在发生相变时，吸收或放出热量来 蓄能或释能。化学反应热蓄存则是利用蓄能材料相接触时发生可逆的化学反应来蓄、 放热能。三种类型热能蓄存材料中以潜热型相变材料用的最多、最普遍，因而也最重 2 要。在潜热蓄存中以固-液相变形式最为常见，本文主要对固-液蓄冷相变材料进行详 细阐述。 1.3 1.3 低温蓄冷材料存在的问题低温蓄冷材料存在的问题 无机类相变蓄冷材料主要有两个常见的问题:冷现象和相分离现象。过冷是指液
4、态物质冷却到“凝固点”时并不结晶，而需冷却到“凝固点”以下一定程度时才开始 结晶的现象,在低温无机盐溶液相变材料中表现的尤为明显。不同的水合盐类在不同 的条件下具有不同的过冷度，如图 1 所示，其中 Tm为材料的相变温度，T 即为相 变材料的过冷度。过冷度的存在对相变材料的性能影响很大，这往往给实际应用带来 不良的，有时甚至是致命的影响。针对这一由于成核性能太差而导致的过冷现象，通 常可以采用如下两种方法解决这一问题： （1）加成核剂：针对过冷现象产生的原因，可以想到消除的办法就是给相变材 料添加结晶核。一种办法是加微粒结构与盐类结晶相类似的物质作为成核剂。这类添 加的成核剂与盐类可以是在化学
5、物质组成上相类似，也可以是在晶体结构上的相类 似。 （2）冷指法：另一种方法是保留一部分固态相变材料，即保持一部分冷区，使 未融化的一部分晶体作为成核剂，这种方法在文献上称为冷指法，非常简单，但行之 有效。 T( ) T t(s) T supercooling degree T m 图 1 相变材料凝固中的过冷现象示意图 此外，对于无机相变材料来讲，还存在相分离的问题，这主要存在于结晶水和 盐的熔融蓄热过程，在本课题中影响不大。 第第二二章章 实验原理及内容实验原理及内容 3 2.12.1 材料热力学参数材料热力学参数 2.1.1 相变潜热 相变潜热就是物质发生相变时吸收（或放出）的热量。这些
6、热量将用来反抗分子 引力做功，增加分子的势能，即此时物质吸收的热量是破坏点阵结构所需的能量，使 分子的运动状态起质的变化，从固态的分子热运动转变成液态的分子热运动，同时改 变物质的状态。所以晶体不仅有固定的熔点，而且还需要吸收一定数量的热量来实现 它的熔解。 若物质的熔解热为 (单位 J/g或 J/kg)，则质量为mkg的物质在相变时吸收（或 放出）的热量为 mQ （2-1） 相变潜热大小与相变材料和其相变状态有关。 2.1.2 导热系数 导热系数是表征材料传导热量能力的物理量。其物理意义是：当材料两面温差为 单位摄氏度时，在单位材料厚度，与热流方向垂直的单位面积上，每单位时间内所通 过的热量。即 Q TA t （2-2） 式中 导热系数，W/(m )； T 材料两面温差，； 材料厚度，m； A 与热流方向垂直的面积，m2； t 时间，s 影响相变蓄热材料导热性能的主要因素有气孔率、化学矿物组成和温度。由于相 变蓄热材料导热系数随温度
