磁场对低温相变蓄冷材料过冷度和结晶过程影响的实验研究

论文摘要

在当前能源紧缺的大环境下,相变蓄冷材料的节能效果得到了广泛的重视,在未来的能源战略中占据着十分重要的地位。无机盐水溶液作为一类较有应用前景的相变蓄冷材料,在其相变形成盐水合物时往往存在较大的过冷度,降低了整个蓄冷系统的效率。为了降低相变材料的过冷度,提高蓄冷系统的效率,人们寻找各种外界条件促进晶核的形成和晶体的生长,如添加成核剂、冷指法、应用物理场(超声场、电磁场、磁场)等。目前,磁场对无机盐水溶液的研究还比较少,其作用效果和作用机理也没有比较统一的结论,开展这一方面的研究有助于为这一领域的基础研究提供实验数据,为工程设计提供参考。本文将系统研究在不同强度的恒定磁场、静磁场和交变磁场作用下低温蓄冷材料的过冷度和结晶过程。材料相变过程需要在一个稳定的可视化环境中进行,本文自行设计搭建完成了实验台,实验台运行良好,所得实验数据详实可靠。应用实验台做了自然水、去离子水、5%的NaCl溶液、7%的KCl溶液、5%的NH4Cl溶液等五种工质在不同磁场作用下的冷却相变和结晶过程。实验结果表明,磁场对水和无机盐水溶液的影响效果是有差异的,磁场对于它们的结晶温度和结晶时间的影响不大；磁场的作用会增大水的过冷度、缩短过冷时问,而对无机盐水溶液会减小其过冷度、缩短过冷时间,磁场强度越大,这种作用效果越明显；磁场对水和无机盐水溶液的结晶过程的影响也不同,对前者会增大其晶体粒径,使得冰晶更加蓬松,更加容易融化,对后者会促进其晶体的生长,增加晶体生成量和晶体粒径的长大；此外,磁场也会对金属阳离子溶液的环状结冰起到一定的抑制作用。这些区别是由于磁场对水和无机盐水溶液的作用机理不同而造成的。不同类型的磁场对于上述影响的作用效果也不同,磁铁恒定磁场和直流静磁场的作用效果只和其强度相关,而在相同的强度下,交变磁场的作用效果最为明显,这是由于交变磁场的磁作用力的大小和方向是反复变化的,能够对溶液内部的氢键和离子作用力进行反复切割,施加持续的磁力效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 相变蓄冷技术的基本概念
• 1.2.1 存储冷量的原理
• 1.2.2 常见的储能方式和储能材料
• 1.3 国内外的研究现状
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 相变材料的传热机理及磁场理论
• 2.1 相变的焓差
• 2.2 相平衡特性
• 2.2.1 Gibbs相律
• 2.2.2 水盐体系的相图
• 2.3 相变过程特性
• 2.3.1 结晶的热力学条件
• 2.3.2 晶核的形成
• 2.3.3 晶体生长
• 2.4 磁场作用机理
• 第3章 实验台的搭建和实验准备
• 3.1 实验台的搭建
• 3.1.1 冷却结晶发生装置和载冷剂系统
• 3.1.2 磁场发生装置
• 3.1.3 显微摄像系统
• 3.1.4 数据采集系统
• 3.2 主要实验设备
• 3.3 低温相变蓄冷材料的选定
• 3.4 温度场的模拟
• 3.5 亥姆霍兹线圈磁场的模拟
• 3.6 热电偶的校核
• 第4章 磁场对水过冷度及结晶过程的影响
• 4.1 磁场对自然水过冷度及结晶过程的影响
• 4.2 磁场对去离子水过冷度及结晶过程的影响
• 第5章 磁场对低温相变蓄冷材料过冷度及结晶过程的影响
• 5.1 磁场对氯化钠溶液过冷度及结晶过程的影响
• 5.2 磁场对氯化钾、氯化铵溶液过冷度及结晶过程的影响
• 第6章 总结和展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 本文的不足和展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士在读期间发表论文情况
• 学位论文评阅及答辩情况表