冷链运输装备用纳米复合相变材料制备及其换热特性研究.pdf

摘 要 摘 要 近年来，人们对食品质量提出高要求，冷链物流能有效保障食品质量安全。但冷链 物流是耗能大户，在冷链物流领域利用蓄冷技术有助于形成绿色环保型冷链产业，实现 节能减排。目前，冷链运输装备大多采用单温区储运模式，但单温区不能满足货物多温 共配需求，易造成资源浪费。因此，开发蓄冷型多温区冷链运输装备有着很好的发展前 景，而研制出适用于多温区冷链运输装备的相变蓄冷材料具有关键意义。相比于有机相 变材料，无机相变材料价格低廉，但仍存在着相分层明显、过冷度大、热导率低等缺陷。 本文提出采用调节物系流变性、改善物系粘度法解决相分层，并运用纳米复合技术提高 材料的热物性，从而制备出适用于双温区冷链运输装备且性能优异的纳米复合相变材料。 此外，对蓄冷冷藏车厢内温度场进行数值模拟分析。主要研究工作和研究成果如下： （1）对由不同蓄冷介质反复配制的蓄冷混合溶液进行筛选分析，利用步冷曲线法初 步确定相变温度适用于双温区的相变材料 （PCM ），而后对初选材料再次进行差示扫描 量热 （DSC ）测试，并从中选出高相变潜热材料，最终确定出适用于双温区冷链运输装 备的两种相变蓄冷材料基液 TH-3、TL-3 。结果表 ，基液 TH-3 的相变温度为-1.0℃，相 变潜热为 298.4 J/g，TL-3 的相变温度为-20.8 ℃，相变潜热为 283.1 J/g ； （2 ）针对基液 TH-3 和 TL-3 经反复冻融循环出现的严重相分层现象，采用调节物系 流变性、增加物系粘度的方法，以达到减缓材料相分层、提高材料循环稳定性的目的。 比较分析羧甲基纤维素 （CMC ）、聚丙烯酸钠 （PAAS ）、海藻酸钠和阿拉伯树胶这四 种增稠剂对 TH-3 和 TL-3 体系相分层的影响，通过考查不同冻融循环实验次数下各体系 相分层程度差异，最终确定出在 TH-3 体系中加入 CMC 时相稳定性更好，且确定了 1.5 wt%为最佳添加量，而在 TL-3 中加入 2.0 wt%PAAS 时效果最佳； （3 ）将改性后的材料 TH-31、TL-31 采用纳米复合技术进行相变性能研究，探究有 机纳米粒子石墨烯与无机纳米粒子 TiO2 对材料性能的影响。通过马尔文粒度仪测试出所 配制的多种 TH-31、TL-31 纳米复合相变材料具有较好的分散稳定性，并对 TH-31、TL-31 进行了不同纳米粒子影响过冷度、导热性能研究，筛选出性能优异的纳米复合相变蓄冷 介质。此外，还探究了不同冷却温度对纳米复合相变材料过冷度、热导率的影响，并测 试了优选出的纳米复合相变材料相变温度、相变潜热、比热等热物性参数； （4 ）将制备出的纳米复合相变材料 TH-36、TL-34 应用于冷链运输装备，构建双温 区冷藏车厢体数学模型和物理模型，分析车厢内的温度变化。研究了蓄冷板不同放置形 式对车厢预冷效果的影响，分析了蓄冷板释冷时空载及负载条件下车厢内温度变化状况， 及负载时货物的保冷效果。为新型纳米复合相变材料运用到冷链物流领域提供了参考。 关键词 纳米复合相变材料；冷链运输装备；双温区；换热特性 -I- 哈尔滨商业大学硕士学位论文 Abstract In recent years, people put forward high requirements on food quality, and cold chain logistics can effectively guarantee food quality and safety.However, cold chain logistics is a big energy consumer, and the use of cold storage technology in the field of cold chain logistics is conducive to the formation of green and environmentally