文档介绍：第二章 贮热相变材料的热物性和工作性能 第三部分
焦冬生
热科学和能源工程系
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内容
贮热相变材料的工作性能及研究方法
贮热相变材料导热系数的改善
相变潜热的预测
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研究范围
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贮热相变材料的工作性能及研究方法
贮热相变材料的主要工作性能有
过冷度、结晶速度、晶体密度、稳定性(耐久性)
研究相变材料工作性能的手段
示差扫描量热计(DSC)
热分析法(TA -THERMAL ANALYSIS METHOD )
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DSC与TA比较
在DSC测量中,由于试样的尺寸太小,样品的过冷现象达到最严重的程度,而析出则被抑制,因此,为了解相变材料在工程应用中的特性,TA法具有重要的地位。
测量技术
仪器
材料用量
测量方式及测量结果
可供分析的数据
DSC
DSC
1-10mg
测定在设定的控温下式样热能的变化,测量结果为能量-时间曲线
热重图上吸收峰的形式
熔点/范围
冰点/范围
过冷度
熔解热/固化热
真比热
TA
试管
玻璃器皿
待试模型
10g
100g
1-10kg
测定试样在加热或冷却情况下给定位置的温度变化,测量结果以温度-时间曲线表示
温度-时间曲线,溶解/固化中的现象
熔点/范围
冰点/范围
过冷度
相容/不相容
分解现象,新相形成,分离现象
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这些变化是物质在加热或冷却过程中发生的,它在DSC曲线上表现为吸热或放热的峰或基线的不连续偏移。对于物质的这些DSC表征,尽管多年来通过热分析专家的解析积累了不少资料,也出版了一些热谱(如SADTLER热谱等).但热谱学的发展尚不够成熟,不可能象红外光谱那样将图谱的解析工作大部分变为图谱的查对工作,尤其是高聚物对热历史十分敏感,同一原始材料,由于加工成型条件不同往往有不同的DSC曲线,这就给DSC曲线的解析带来了较大的困难。
DSC解析难度高
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DSC解析难度高
解析DSC曲线决不只是一个技术问题,有时还是一个困难的研究课题。因为解析DSC曲线所涉及的技术面和知识面较广。为了确定材料转变峰的性质,不但要利用DSC以外的其他热分析手段,如DSC-TGA联用,还要借助其他类型的手段,如DSC-GC联用,DSC与显微镜联用,红外光谱及升降温原位红外光谱技术等。这就要求解工作者不但要通晓热分析技术,还要对其他技术有相应的了解,在此基础上结合研究工作不断实践积累经验,提高解析技巧和水平。
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热分析法应用
结晶速率
如果结晶速度很快,假定在合理的热扩散的情况下,那么过冷温度很快会恢复到凝结温度,所以结晶速度比成核速度更重要。
如果结晶速度过慢,那么结晶后的晶粒又会分散在整个液体中。
Schroder and Gawron have provided a plot showing the rate of crystal growth as a function of supercooling.
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过冷——结晶
结晶速度低
Schroeder J, Gawron K. Latent heat storage, Energy Research, 1981; 5:103-109.
过冷与结晶速率
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结晶类型
Grodzka 对冷凝和熔解过程涉及的物理过程进行了全面地分析。
熔解和冷凝反应依赖于相互传热,成核及结晶速率。
Grodzka P G. Phase Change Storage System. In: , ,
Solar energy technology handbook, Part A: Engineering Fundamentals, Marcel Dekker, Inc., 1980.
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