孫小琴等:碳基納米石蠟復合相變儲能甜心一包養網資料制備與機能研討

作者:

分類:

作者:陳莎 1 陳岳浩 1孫小琴 1 廖曙光 2

單位:1. 長沙理工年夜學動力與動力工程學院; 2. 長沙麥融高科股份無限公司

援用: 陳莎,陳岳浩,孫小琴,等.碳基納米石蠟復合相變儲能資料制備與機能研討[J].儲能科學與技術, 2024, 13(12): 4349-4356在書中,葉秋鎖此後就很少露面,淪為一個無足輕重的.

DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0759

本文亮點:1.采用了納米洋蔥碳作為高導熱介質制備高導熱納米石蠟復合相變資料。2.通過實驗綜合對比探討了多壁碳納米管和納米洋蔥碳在增強資料導熱機能方面的機能,同時探討了兩種納米顆粒台灣包養網質量濃度對相變資料潛熱和運動黏度的影響。

摘 要 相變資料的低導熱系數限制了相變儲能系統的傳熱效力。本任務針對石蠟導熱系數低的包養問題,以石蠟為基底資料,選取羧基化多壁碳納米管(MWCNT)與納米洋蔥碳(CNOs)作為高導熱介質,采用兩步法分別制備了系列分歧質量濃度的碳基納米石蠟復合相變資料(CPCM),探討了兩種納米資料的添加量對CPCM的相變溫度、相變潛熱、導熱系數和運動黏度的影響。研討結果發現,碳納米資料的參加對石蠟的相變溫度的影響較小,最年夜包養價格ptt溫度誤差僅為1.811 ℃;相變潛熱隨著納米顆粒質量濃度變化呈現非線性變化趨勢,CNOs質量分數為4%時,CPCM潛熱減少最多,達到16.4%;CPCM的導熱系數和液相資料的運動黏度均隨著納米添加劑濃度的增添而增添,4% CNOs-PCMs資料液態和固態導熱系數分別為0.3167 W/(m·K)和0.8322 W/(m·K),導熱系數增幅最年夜,達到80.7%和195.9%,與MWCNT比擬,應用CNOs作為石蠟的高導熱介質,更有利于增強復合相變資料的導熱機能。本研討為開發具有高導熱系數一息。的石蠟復合相變資料供給了實驗依據,為分歧需求下納米石蠟復合相變資料的選擇供給了參考。

關鍵詞 相變儲能;石蠟;納米洋蔥碳;多壁碳納米管;導熱系數;相變潛熱;運動黏度

在國家“碳達峰,碳中和”戰略實施的佈景下,進步動力應用效力和開發新的可再生動力為緩解日益增長的動力需求供給了有用的解決計劃[1]。相變儲能技術具有高儲熱密度、穩定任務溫度、節能後果好等優點[2],能戰勝熱能供給和需求在時間、空間和強度上的不婚配問題[3],在低碳建筑、工業余熱收受接管、可再生動力應用和電子元器件冷卻等領域具有廣闊的應用遠景。但是,相變資料的低熱導率會嚴重影響儲能系統的功率密度,制約相變儲能技術及包養價格其系統的推廣應用與發展[4]。

石蠟作為有機相變資料中研包養甜心網討和應用最廣泛的一類,具有潛熱值高、熱物感性質穩定等優點,而其重要缺點為導熱率低。低熱導率限制了資料內外熱能的擴散,減弱包養了能量儲存和溫度調節的機能,通過應用翅片、熱管等技術優化儲能單元的結構可以達到進步換熱效力的目標。羅意彬等[5]通過開展分歧邊界溫度下的雙翅片矩形相變儲能單元的可視化實驗,為相變儲能系統的強化傳熱設計供給理論依據。嚴景好等[6]向相變資料中添加金屬泡沫解決了相變資料低導熱率惹起的換熱後果較差等問題,整體蓄熱效力可進步8.02%。采用翅片結構或泡沫金屬可改良相變儲能系統的傳熱機能,但相變資料自己低導熱機能的限制并未從最基礎上獲得解決。添加納米高導熱介質,制備復合相變資料以強化相變儲能的包養俱樂部傳熱效力,是今朝最常用的手腕之一。在過往的二十多年里,基于碳基納米添加劑的包養網納米復合相變資料在進步有用熱導率方面獲得了宏大進展。Babaei等[7]初次在文獻中總結了通過引進納米添加劑(包含碳基納米結構、金屬和金屬氧化物納米顆粒)來進步相變資料熱導率的研討。Li等[8包養網]通過實驗與數值模擬,采用MWCNT——石蠟復合相變資料,研討了添加納米顆粒對臥式殼管潛熱蓄熱裝置融化速度的影響。結果表白:在分歧的邊界溫度下,MWCNT對PCMs的融化速度有分歧的影響。當傳熱溫差為20 ℃時,0.05%的MWCNT能進步PCMs的融化速度;當傳熱溫差為40 ℃時,0.10%的納米顆粒顯著晉陞PC包養網M的融化速度。Fan等[9]實驗研討了添加各種碳納米填料對用于熱能儲存的石蠟基納米復合相變資料的導熱機能和儲能機能的影響。結果表白,納米填料的存在下降了相變焓值,對相變溫度的影響可以疏忽不計。復合PCM的導熱機能隨著納米填料加載量的增添而增添,而相對增強的水平重要取決于納米填包養料的鉅細和形狀。5%石墨烯納米片對資料導熱機能的增強後果最好,導熱系數進步了164%。Lin等[10]綜述了進步相變資料導熱系數的方式,包含添加高導熱系數的添加劑和封裝相變資料,添加導熱增強型填料是進步相變資料導熱機能的一種更有用的方式。在各種類型的導熱增強資料中,比擬于金屬/金屬氧化物納米顆粒,碳基納米結構因具有高長徑比和高比概況積而對熱導率表現出更年夜的增強效應[11];同時,碳基納米顆粒的密度與PCM類似,這使得它在構成復合資料時可以具有傑出的疏散均勻性和懸浮性[12-13];Chen等[14]從聲子輸運甜心花園和晶格振動的角度總結了負載分歧構象的碳資料對熱導率的影響,碳基復合PCM在包養網比較熱能儲存和太陽能光熱轉換方面的應用遠景也獲得了確定。

但今朝的研討重視于添加高導熱納米顆粒對相變資料導熱系數的晉陞,疏忽了因納米顆粒參加帶來的潛熱下降以及液相資料黏度增添的影響。是以本文根據資料特點選取了兩種機能優越的MWCNT和CNOs碳基納米資料作為高導熱介質,來改良石蠟導熱包養一個月價錢系數低的問題。此中MWCNT是由多層納米石墨片層卷曲而成的圓柱形純碳資料,具有顯著的圓柱形結構以及較高的長徑比,可以在相變資料中樹立線性傳熱路徑,可是不難發生團聚,而在水和其他有機溶劑中難以疏散,通過引進羧基官能團能夠進步其疏散系與穩定性[15]。CNOs也被稱為“多層富勒烯”,是一種獨特的碳同素異形體,這種洋蔥狀納米結構由中空球形富勒烯焦點和齊心石墨層組成,這種籠中籠結構使得CNOs具有特別的物感性質:高熱導率、高電導率、高熱穩定性以及比MWCNT更年夜的比概況積[16-17],是最有前程的碳基納米結構之一。本任務以石蠟為基底資料,油酸為疏散劑,分別制備了一系列分歧質量濃度的碳基納米石蠟復合相變資料。通過實驗,對比了MWCNT與CNOs進步相變資料熱導率的才能,同時著重探討了兩種納米顆粒質量濃度對相變資料潛熱和運動黏度的影響規律,探明了納米顆粒質量濃度與復合相變資料潛熱值下降及運動黏度增年夜的量化關系。

1 實驗資料與制備

1.1 實驗資料

石蠟,購于中國杭州魯爾動力無限公司,其熱物性參數如表1所示;羧基化MWCNT,購于中國深圳穗衡石墨科技無限公司,純度年夜于98%,內徑3~5 nm,外徑8~15 nm,比概況積250~270 m2/g;CNOs,購于中國深圳國森領航科技無限公司,直徑8~15 nm;油酸,購于比克曼生物科技無限公司。

表1   石蠟相變資料熱物性參數Table 1   Thermophysical parameters of 「姐姐,先擦擦衣服吧。」paraffin phase change materials

1.2 復合資料制備與測試

采用兩步法制備納米石蠟復合相變資料。以石蠟、MWCNT、CNOs為實驗資料。起首應用透射電子顯微鏡(TEM)觀察納米資料,比較其微觀結構。設置裝備擺設時將適量的石蠟放進玻璃燒杯中,并將其在60℃恒溫的水域中融化,分別將分歧質量的MWCNT和CNOs參加熔融的石蠟中。采用油酸作為疏散劑改良納米顆粒的疏散均勻性,此中油酸添加比例分別為1∶1.7和1∶3.5[18]。每種復合資料共配制100 g混雜物。將復合資料在60 ℃的環境下恒溫磁力攪拌60 min,超聲水浴中振蕩90 min,以獲得均勻的復合資料[19]。碳納米顆粒在石蠟中的質量分數分別為1%、2%、3%、4%,制備流程如圖1所示。

實驗通過用TEM觀測納米資料,通過差示掃描量熱儀、導熱系數儀、正弦波振動式流變儀分別測量分歧納米顆粒濃度下的CPCM的相變溫度和相變潛熱、導熱系數和黏度。實驗在反復10次凝結融化循環測試中,CPCM無肉短期包養眼可見的分層,說明油酸疏散劑的參加有用地改良了CPCM的穩定性。但根據相關學者研討可知,復合相變資料在經歷屢次熱循環后,會出現納米粒子的團聚和沉降,這會直接影響相變資料的導熱機能,縮短應用壽命[20]。后續將對靜置情況下相變資料在宏觀及微觀下的熱循環穩定性進行深刻研討。

2 實驗測試及結果

2.1 MWCNT和CNOs的微觀結構

分別取MWCNT和CNOs疏散到乙醇溶液中,進行45 min水浴超聲振蕩后,取幾滴疏散好的液體,逐滴滴加在超薄銅網上,包養經過晾干后,分別拍攝高辨別描摹。所用包養TEM型號為japan(日本)JEOL JEM-F200,加快電包養女人壓200 k包養V,能譜型號JED-2300T。TEM圖像如圖2、3所示。MWCNT呈多層條狀結構,管徑分布均勻,測量直徑為10~15 nm;CNOs呈多層籠中籠的洋蔥狀結構,測量直徑為8~16 nm。

2.2 分歧納米顆粒濃度相變資料的相變潛熱和相變溫度

采用americanTA公司DSC2500型差示掃描量熱儀,將純石蠟與分歧質量分數的納米復合相變資料在氮氣環境中以5 ℃/min的升溫速度進行DSC測試,探討納米顆粒濃度對復合資料相變潛熱和相變溫度的影響。圖4和圖5分別為參加分歧質量濃度包養網MWCNT和CNOs的CPCM的DSC測試結果。分歧添加物濃度下CPCM的熱流隨溫度變化曲線均為單駝峰型,說明研討的一切樣品包養管道在放熱凝結及吸熱融化過程中均只存在一個相變過程。

表2和表3分別為MWCNT-PCMs和CNOs-PCMs的相變潛熱和相變溫度。純石蠟凝結和融化相變潛熱分別為196.43 J/g和198.08 J/g。總體上,CPCM的相變潛熱隨著納米粒子質量濃度的增添而減小,CNOs質量分數為1%時樣品凝結潛熱減小比例最小(0.8%);CNOs質量分數為4%時潛熱減少最多,凝結過程潛熱減少16.4%,融化過程潛熱減少16.3%。值得一提的是,在兩種資料包養質量分數為2%時,凝結和融化過程的潛熱比擬于1%時均有所增添。由于純石蠟在相變過程中會釋放或接收潛熱,納米顆粒質量濃度的增年夜必定導致純石蠟質量占比的減小,是以理論預測納米顆粒質量濃度的增添將導致相變潛熱的線性下降。但是石蠟中的C—H鍵在相變機會休息了。午睡時,她做了一個夢。過程中會與納米添加劑概況的π電子構成大批的C—H⋯π鍵包養網心得,故CPCM的相變潛熱隨納米顆粒質量濃度變化呈現非線性變化趨勢[21-22]。這一發現或許為解決碳基納米添加劑惹起的潛熱下降問題供給思緒。從相變溫度上看,復合相變資料與純石蠟包養網的相變溫度接近,最年夜溫度誤差為1.811 ℃,說明碳納米資料的參加對石蠟的相變溫影響較小。

表2   MWCNT-PCMs潛熱、相變溫度統計表Table 2   Statistic包養網al table of latent heat and phase trans包養網dcardition temperature of MWCNT-PCMs

表3   CNOs-PCMs潛熱、相變溫度統計表Table 3   Statistical table of latent heat and phase transition temperature of CNOs-PCMs

2.3 分歧納米顆粒濃度相變資料的導熱系數

采用中國夏溪公司TC 3100通用型導熱系數儀,精度為±3%,分別開展固相和液相資料導熱系數的測試,此中液相資料的導熱系數測試在30~40 ℃溫度下進行,固相資料的導熱系數測試在10~20 ℃溫度下進行,結果取屢次測試的均勻數據。圖6和圖7分別為參加分歧質量濃度的MWCNT和CNOs的CPCM液相時的均勻導熱系數戰爭均導熱系數增長率。液相和固相純石蠟的均勻導熱系數分別為0.1753 W/(m·K)和0.2812 W/(m·K)。兩種納米顆粒添加劑制備的CPCM導熱系數均隨著納米添加劑濃度的增添呈現遞增趨勢。對比液相MWCNT-PCMs和CNOs-PCMs的均勻導熱系數,液相4% MWCNT-PCMs的均勻導熱系數達到0.2280 W/(m·K),相對于純石蠟資料增年夜了33.1%;液態4% CNOs-PCMs的均勻導熱系數為0.3167 W/(m·K),相對于純石蠟增年夜了80.7%。

圖8和圖9分別為CPCM固相時的均勻導熱系數戰爭均導熱系數增長率。固相石蠟導熱系數高于其液相資料導熱系數,添加納米顆粒后固相資料的增幅加倍明顯。當質量濃度達到4%時,增幅有所下降,說明增幅峰值位于2%~4%。固相4% MWCNT-PCMs的均勻導熱系數達到0.7874 W/(m·K),相對于純石蠟增年夜了180.0%;固相4% CNOs-PCMs的均勻導熱系數為0.8322 W/(m·K),相對于純石蠟增年夜了195.9%。

包養網評價

由以上測試結果可知,CNOs因其特別籠中籠結構,具有高比概況積,對石蠟分子的吸附力更強,有利于其在石蠟中的疏散,從而構成更有用的導熱路徑,使得添加CNOs更有利于增強復合相變資料的導熱機能。

2.4 分歧納米顆粒濃度相變資料的運動黏度

采用奧天時Anton Parr公司MCR 302正弦波振動式流變儀,在30~60 ℃的溫度范圍內,開展分歧納米顆粒濃度下液相資料的運動黏度測試,屢次測試結果的均勻值如圖10和圖11所示。一切CPCM的運動黏度均隨測試溫度的增年夜而減小,隨著溫度的降低分子間間距增年夜,導致分子間范德華力減小,故運動黏度隨溫度的降低而下降。隨著納米顆粒的參加,CPCM的運動黏度相對于純石蠟資料均有所增添,由于CNOs特別的籠中籠結構,更年夜的比概況積和更強的吸附特徵,導致參加CNOs樣品運動黏度的增長加倍劇烈,在質量濃度包養網心得為4%,30 ℃時運動黏度高達19.98 mPa·s。相變資料的儲放能過程伴隨著相變資料的凝結與融化,循環過程中存在液相資料內的天然對流傳熱,運動黏度的增長將減弱天然對流的強度,從而下降此階段內相變儲能的總傳熱效力,黏度的增長達到必定數值時甚至能夠抵消導熱系數增長帶來的傳熱強化後果。是以需求結合導熱與對流兩種傳熱方法,以及應用場景的需求進行綜合評價與選擇。

包養網VIP

3 結 論

本任務采用兩步法,以石蠟、MWCNT、CNOs為實驗資料制備了一系列質量濃度的碳基納米石蠟復合相變資料。對比探討了兩種納米顆粒的添加量對CPCM的相變溫度、相變潛熱、導熱系數和運動黏度的影響。

研討結果發現,兩種納米添加劑制備的CPCM導熱系數均隨著納米添加劑濃度的增添呈現遞增趨勢。4% MWCNT-PCMs液相和固相資料均勻導熱系數分別為0.2280 W/(m·K)和0.7874 W/(m·K),導熱系數增幅達到30.1%和180%;4% CNOs-PCMs液相和固相資料均勻導熱系數分別為0.3167 W/(m·K)和0.8322 W/(m·K),導熱系數增幅達到80.7%和195.9%,固態導熱系數增幅更年夜,且添加CNOs更有利于增強復合相變資料的導熱機能。

但是,伴隨著熱導率的年夜幅晉陞,出現了包養網兩個不成忽視的負面影響。第一,納米添加劑的存在下降了基底相變資料的潛熱;復合資料的相變潛熱隨著納米顆粒質量濃度變化呈現非線性變化趨勢,CNOs質量濃度為4%時潛熱減少最多,為16.4%。第二,納米添加劑的引進會帶來運動黏度的顯著增長,這將年夜幅減弱CPCM融化過程中液相資料的天然對流強度,這種負面後果甚至能夠抵消高熱導率帶來的傳熱晉陞後果。CNOs質量濃度為4%,30 ℃時運動黏度高達19.98 包養站長mPa·s,相對于純石蠟的4.53 mPa·s增年夜15.45 mPa·s。是以,后續研討應該針對納米添加劑對基底相變資料的導熱晉陞、潛熱減小、運動黏度增長等提出綜合評價指標,為納米添加劑種類和濃度的選包養取供給參考。


留言

發佈留言

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。 必填欄位標示為 *