冷藏用无机固-液相变材料的研究毕业设计论文.doc

第一章 绪 论 1.1 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 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。相变过程中伴有能量的吸收或释放，这部分能量称为相变潜热。 相变材料（ 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。 第二章 实验原理及内容 2.1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kg的物质在相变时吸收（或放出）的热量为 （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 （2-2） 式中 ── 导热系数，W/(m·℃)； ── 材料两面温差，℃； ── 材料厚度，m； ── 与热流方向垂直的面积，m2； ── 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变化而变化，因此在实际应用中应注意给定值所对应的温度条件。此外，在采用导热系数进行传热计算时，应注意导热系数仅适用于稳态传导传热。 2.1.3比热容 单位质量相变蓄热材料的温度在常压下升高1℃所需要的热量，称为相变蓄热材料的比热（容）。它是评价相变蓄热材料热性质的重要物理量，是对热工设备的热过程和热系统进行计算和设计的重要参数之一。比热（容）取决于材料的化学和化学矿物组成，同时又是温度的函数。工程上通常采用平均比热（容）来表示。 2.1.4热膨胀性 材料的长度和体积随温度升高而增大的性质，称为热膨胀性。材料的长度和体积的热膨胀表现出可逆性，即当温度回复至初始状态时，其长度和体积亦恢复至初始尺寸。 相变蓄热材料的热膨胀性，多用平均线膨胀系数或线膨胀率表示。 （2-3） 式中 ── 平均线膨胀系数，1/℃； ── 初始温度，℃； ── 终了温度，℃； ── 对应时材料长度，mm； ── 对应时材料长度，mm （2-4） 式中 ── 线膨胀率，% 相变蓄热材料的线膨胀系数和线膨胀率是温度的函数。因此，它总是对应于一定的温度范围。 2.1.5温度传导性 相变蓄热材料的温度传导性是指：在不稳定传热过程中，材料内的温度传递速度。即表示相变蓄热材料在加热或冷却过程中，各部分温度趋向一致的能力。温度传导性用导温系数表示。 （2-5） 式中 ── 导温系数，m2/s； ── 比热，J/(kg·℃)； ── 体积密度，kg/m3 2.2 蓄冷材料的筛选及确立 作为冷藏运输蓄冷用的相变材料，应满足以下选用条件： （1） 热性能要求：合适的相变温度；较大的相变潜热；较大的密度以保证体积能量密度大；比热容较大；合适的导热性能；熔化温度一致；相变过程中体积变化小。 （2）化学性能要求：相变过程中不发生熔析现象，以免导致相变介质化学成分的变化；必须在恒定的温度下熔化及固化，即必须是可逆相变，不发生过冷现象（或过冷度较小）；无化学分解，性能稳定；无毒、无腐蚀性；不易燃、不爆炸、对环境无污染。 （3）物理性能要求：相变过程前后的体积膨胀率较小；具有低蒸气压；蓄热材料本身的密度要大。 （4）相变动力学方面的要求：凝固过程中过冷度要很小或几乎没有；要有很好的相平衡性质，不会产生相分离；较高的固化结晶速率。 从热力学的角度：熔解热高的无机结晶水合盐是那些轻原子量元素如H、B、C、O、Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、Fe等组成的硼酸盐、碳酸盐、硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐、氯化物、氢氧化物、氟化物等的水合盐及它们的