【摘 要】
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水合盐具有潜热高、材料成本低等优点,是低温储热材料中重要的一类,在热储能及热管理方面具有较高的应用潜力。其种类繁多,但相分离及过冷度两个主要缺点限制了其开发利用。本论文以三水合醋酸钠为对象研究了其过冷和循环稳定性的问题。为研究三水合醋酸钠的循环特性,设计了一种使用半导体热电模块的热循环测试装置以缩短热循环实验周期。在过冷度稳定性探究中,通过添加十二水合磷酸氢二钠和纳米氧化铝为成核剂,使该复合材料在
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水合盐具有潜热高、材料成本低等优点,是低温储热材料中重要的一类,在热储能及热管理方面具有较高的应用潜力。其种类繁多,但相分离及过冷度两个主要缺点限制了其开发利用。本论文以三水合醋酸钠为对象研究了其过冷和循环稳定性的问题。为研究三水合醋酸钠的循环特性,设计了一种使用半导体热电模块的热循环测试装置以缩短热循环实验周期。在过冷度稳定性探究中,通过添加十二水合磷酸氢二钠和纳米氧化铝为成核剂,使该复合材料在高循环后仍然保持相对稳定的过冷度。在潜热稳定性探究中,根据三水合醋酸钠相图分析发现无水醋酸钠在水中的低溶解度是使其相分离的主要原因。为减小热损失,通过增大十二水磷酸氢二钠含量以适当降低无水醋酸钠与结合水比例。结果表明在500次循环后该材料平均过冷度约为5～8℃,相变潜热与初始时大致相等并保持稳定。本研究为三水合醋酸钠的应用提供了参考,同时半导体热电冷却器的循环测试装置也可以用于其他相变材料循环特性研究。为进一步降低三水合醋酸钠复合相变材料过冷度,以及解决水合盐普遍存在的高过冷度问题,设计了一种小型半导体热电模块作为新型冷指法的冷源。以四种常见水合盐Na CH3COO·3H2O,Na2SO4·10H2O,Na2HPO4·12H2O,Na2S2O3·H2O为例,分别在恒温水浴中维持2.5～4℃的过冷度。在短时间通入电流后,小型热电模块的冷端探针由于温度骤降均成功触发水合盐成核结晶。且装置结构简单,耗能低,仅需电池就能供电。该结果为解决水合盐的过冷度问题提供了一种新的方法。为了进一步改进基于热电制冷的冷指法,通过模拟分析基于热电臂微型装置的瞬态制冷能力。结果表面该微型装置具有较好的瞬态制冷效果,可实现冷指法对水合盐成核作用中产生局部低温的要求。而棱锥结构的PN半导体能有效强化其瞬态制冷能力。此外,瞬态制冷下的冷端最低温度随热沉厚度增大而逐渐减小。而热沉作用存在一个极限值,故实际工况中应根据所需选取合适热沉尺寸。
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