1 實驗 1.1 實驗原理 穩態平板法是一種利用一維穩態導熱過程的原理測定材料導熱系數的方法，適用于各種絕熱保溫材料和非良導熱材料。但過量的膨脹石墨的加入會影響無機水合鹽儲熱材料的相變性能，因此在加入膨脹石墨提高復合相變儲熱材料導熱系數時應盡量減少膨脹石墨對三水醋酸鈉相變性能的不利影響，盡量避免過冷度的增大。膨脹石墨導熱 絕熱本文選用穩態平板法測定以三水醋酸鈉為基質的復合相變儲熱材料的導熱系數，并進行對比分析。膨脹石墨_石蠟復合相變材料相變過程的熱分析 - 期刊論文 - 道客巴巴#膨脹石墨/ 石蠟復合相變材料相變過程的熱分析/ 呂學文等 131 膨脹石墨/ 石蠟復合相變材料相變過程的熱分析 呂學文1 考宏濤1 李 敏2 1 南京工業大學材料科學與工程學院 南京 210009 2 東南 大學江蘇省土木工程材料實驗室 南京 211186 摘要 利用膨脹石墨的層狀結構及其高熱導率制備了膨脹石墨/ 石蠟復合相變儲能材料。（3）將試樣表面加工平整，使之與加熱銅板及冷板緊密相貼，不允許有空氣間隙。研究結果可用于：計算鋼錠模帽口散熱及帽口內鋼水凝固時間；確定復合保護渣的用量及其中的可膨脹石墨的含量等。

圖 4 b 中膨脹石 圖 5 為膨脹石墨/ 石蠟復合相變材料物理模型中 A、 C B、墨與相變材料之間由于熱導率的不同 存在局部熱不平衡現 點的溫度隨時間變化的曲線。采 用層狀復合 材料 的熱傳導模型 通過 A NSY S 軟件對膨脹石墨/ 石蠟 復合相變材料的相變過程進 行數值模擬。哲斌 采用 FLUENT 軟件對其蓄熱熔化過提高能源利用率 1 。此時主加熱器電阻絲產生熱量只能通過試樣傳導，冷面循環水將熱量帶走，防止熱量通過實驗裝置側面散失。從圖 5 中可以看出 膨脹石墨象 大部分熱量由上層石蠟傳遞給膨脹石墨 再由膨脹石墨 與周圍的石蠟溫度變化很接近 說明此復合體系中膨脹石墨傳遞給底層石蠟。膨脹石墨導熱 絕熱 圖 5 A、 C 的溫度曲線 B、 Fig. 5 Temperature curves of A B C 4 結論 1 加入膨脹石墨后 石蠟在相變過程中溫度分布很均 勻 起到的強化傳熱效果相當明顯。

 Tl Tl Tl c l c l u v 通過相關實驗研究并進行性能測試 相變材料石蠟的焓 t x y 2 Tl 2 Tl 值見表 1 材料的其它熱特性參數見表 2。 2 實驗數據與分析 （1）將主加熱器功率控制在205W左右，測定含體積分率為6%～13%膨脹石墨試樣的導熱系數，實驗數據如表1所示。膨脹石墨導熱 絕熱關鍵詞可膨脹石墨溫度保護渣導熱系數《中國圖書資料分類法》分類號ＴＦ１１１．１７０引言現在，模鑄較普遍地采用絕熱板和復合保護渣“二位一體”保護澆注。本文以自制的三水醋酸鈉（CHNa·3HO）無機水合鹽類相變材料為儲熱基質，選用高導熱系數的膨脹石墨作為添加劑來改善其導熱系數。由于在儲釋能過程中有能量的傳遞，特別由于其儲、釋能過程的能量傳遞是以熱傳導形式為主，則導熱系數成為影響儲能材料蓄放熱效率的重要因數。在添加位質量的相變潛熱。

膨脹石墨導熱 絕熱張正國等 2 對石蠟/ 膨脹 由頂面流入 底面流出。后續的實驗都以10%體積分率的膨脹石墨為標準加入量。 圖5 不同體積分率膨脹石墨與導熱系數關系圖 （2）調整加熱器功率使熱面溫度維持在20℃～50℃之間，調整恒溫水浴溫度，使冷面溫度維持在10℃～20℃之間。材料導熱系數的測量方法大致有穩態平板法、穩態圓柱板法、DSC探針法等幾種，目前普遍的方法是穩態平板法[2,3]。 圖 1 膨脹石墨/ 石蠟復合相變材料的熱傳導模型 Fig. 1 Heat transfer model of expanded graphite/ paraffin wax composite phase change materials2 數學模型 考慮到膨脹石墨與石蠟之間由于傳熱特性的不同會引 7起局部熱不平衡現象 建立了不同的溫度模型 運用 2 個能量方程分別求解膨脹石墨與相變材料之間的溫度場 8 。其基本原理式為： 第24 卷第5 期 2010 年10 月 制冷與空調 Refrigeration and Air Conditioning Vol.24 No.5 Oct. 2010.26～29第24 卷第5 期 茅靳豐，等：用穩態平板法測定儲熱材料導熱系數的實驗研究 ·27· （1） 式中：A為試樣的有效導熱面積，m過試樣的熱流量，W；δ為左右兩被測試樣的平均厚度，m；⊿t為左右兩被測試樣表面降溫溫差的平均值，K；λ為被測試樣在平均溫度t下的導熱系數，W/m·K。

 國家自然科學基金 呂學文: 男 1984 年生 碩士研究生 主要研究方向為復合相變材料的熱性能 E mail: lxw w ll 126. co m 考宏濤: 通訊作者 副教授 E ma il: kao ht njut . edu. cn 132 材料導報 B: 研究篇 2011 年 2 月 下 第 25 卷第 2 期 T T 0 t 0 7 3 數值模擬與分析 相變問題是一種非線性的瞬態熱分析問題 非線性與線 性問題的差別在于非線性問題需要考慮相變過程中吸 收或釋放的潛熱 物質發生物態變化 在溫度不發生變化時 吸收或放出的熱量 。加熱器的面積和試件的相同。湯 自然對流的影響 5 對外界環境的無熱損。膨脹石墨導熱 絕熱由于焓包含了潛熱 相變的影響自動地包含在焓形 溫度/ 0 23 25 40式的能量方程中 因而不需要考慮固/ 液移動界面。復合相變儲能材料既能有效克服單一無機物或 用層狀復合材料的熱傳導模型 6 通過 ANSY S 模擬軟件強有機物相變儲熱材料存在的缺點 又可以改善相變材料的應 大的熱分析功能 分析研究膨脹石墨/ 石蠟相變過程中材料用效果及拓展其應用范圍 在此領域國內外學者做了很多實 內部的溫度場分布。膨脹石墨是由天然鱗片石墨經石墨插 1 石墨/ 石蠟復合相變材料的物理模型層、水洗、干燥、 高溫膨 化得到的一種疏松多孔的 蠕蟲狀物質 經過高溫膨化后 石墨原先的平面層明顯裂開而產生不 圖 1 為膨脹石墨/ 石蠟復合相變材料的熱傳導模型。

膨脹石墨導熱 絕熱在均勻變形 且平面層呈卷曲狀態 表面為網狀孔型結構。 圖1 穩態平板法實驗臺 圖2 穩態平板法示意圖 導熱系數的測量設備采用哈爾濱市鴻潤教學試驗設備廠的WTPQ型穩態導熱系數測試臺，其實驗儀器部件主要包括電加熱板、銅-康銅絲制成的E型熱電偶、絕熱材料、電壓穩壓器等。可膨脹石墨（以下簡稱ＫＰ）在１２０℃左右開始明顯膨脹。穩態平板法比較簡單，且精度較高，但主要用于測量固體介質，一般需要把被測物處理成規則固定尺寸的幾何形狀（例如長方體）后再測量。由于單一相變材料的熱傳導性都很低 程進行數值模擬 獲得了石蠟熔化過程溫度場分布、 熔化時在發生相變過程中容易出現泄漏問題 影響其在儲能技術領 間以及相界面移動規律。傳熱傳質強化介質石墨的膨脹工藝及導熱性能研究--《高校化學工程學報》2011年04期#平;張雙喜;生曉燕;張劍平;余才銳;;[A];山東土木建筑學會建筑熱能動力專業委員會第十二屆學術交流大會論文集[C];2008年。

利 層狀石墨中填充石蠟 形成分布均勻的復合相變材料 整個用膨脹石墨具有良好的吸附性能和導熱性能的特點 將液態 復合材料體系可以看成由基本單胞重復堆砌而成。A h 材料可作如下假設: 1 石蠟與膨脹石墨之間不存在空隙 相m ent S ar1 3 利用膨脹石墨對石蠟的吸附效果好 研究了其復 變材料各向同性 2 忽略相變材料固、液態熱物性的不同合材料的熱導率和潛熱能。膨脹石墨導熱 絕熱假定相 3 8 8 9 焓值/ J/ m 0 2. 37 10 8. 61 10 1. 16 10變過程在一定溫度范圍內發生 則焓可以表示為溫度的分段連續函數。但石蠟上層和底層卻幾乎不存在溫差 表 在防止石蠟在相變過程中泄露的同時 熱量傳遞過程中未損明膨脹石墨在膨脹石墨/ 石蠟復合相變材料的熱量傳導中起 耗或儲存任何熱量 主要利用其高熱導率在膨脹石墨/ 石蠟到明顯的強化作用。分布更均勻 有利于相變儲能技術的應用。 控制方程: 2 Tm Tm km 2 mc p 0 y h m 1 2 圖 2 由固態到液態的相變過程中焓值的變化曲線 m x t 1 Fig. 2 The liquid phase from solid to process the enthalpym 1 時材料是膨脹石墨 m 2 時材料是石蠟。