微信客服
微信公眾號(hào)
吳建鋒 教授（武漢理工大學(xué)）
課題五《高溫傳熱蓄熱材料設(shè)計(jì)與性能調(diào)控原理》近兩年的研究進(jìn)展主要為：
① 在高溫傳熱蓄熱材料設(shè)計(jì)與性能調(diào)控原理研究方面，針對(duì)不同材料類型，開(kāi)展了深入研究并取得了如下創(chuàng)新成果：
② 陶瓷儲(chǔ)熱材料方面。本研究以氧化鋁、碳化硅、氧化鋯為主要原料設(shè)計(jì)的ASZ系列陶瓷儲(chǔ)熱材料具有儲(chǔ)熱密度大、抗熱震性能好、導(dǎo)熱系數(shù)高、強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，為國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)。首次采用沙漠砂等低品位原料制備低成本、高性能的陶瓷儲(chǔ)熱材料。
③ 合金儲(chǔ)熱材料方面。目前最常用的熔融鹽類儲(chǔ)熱材料，但是熔融鹽類儲(chǔ)熱材料存在腐蝕性、毒性及性能老化等問(wèn)題，容易造成熱交換管道的嚴(yán)重腐蝕。金屬基相變儲(chǔ)熱材料與其相變具有儲(chǔ)熱密度大、熱循環(huán)穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱系數(shù)高、相變過(guò)冷度小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在高溫相變儲(chǔ)熱材料的應(yīng)用中具有較大優(yōu)勢(shì)。本課題組目前已經(jīng)設(shè)計(jì)了一系列的鋁合金儲(chǔ)熱材料，獲得了相關(guān)的熱物理參數(shù)，并在滿足熔點(diǎn)在400～800℃之間，相變潛熱＞300J/g的條件下，選擇了較優(yōu)良的材料，對(duì)其在實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)具備的其它性能進(jìn)行了研究，包括導(dǎo)熱性，熱膨脹性，熱穩(wěn)定性以及與管道材料的相容性，結(jié)果證明了鋁合金作為高溫儲(chǔ)熱材料具有適中的相變溫度，較大的相變潛熱和儲(chǔ)熱密度，較高的導(dǎo)熱系數(shù)，較好的穩(wěn)定性以及較小的熱膨脹性，因此選擇鋁合金為高溫溫相變儲(chǔ)熱材料具有一定的科學(xué)性和先進(jìn)性。在儲(chǔ)熱裝置設(shè)計(jì)與模擬方面，本課題組已經(jīng)設(shè)計(jì)了一套利用氣體作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能儲(chǔ)熱裝置和一套儲(chǔ)熱器充熱、放熱過(guò)程的測(cè)試與評(píng)價(jià)裝置，并申請(qǐng)了專利，在儲(chǔ)熱系統(tǒng)的模擬方面，利用傳熱學(xué)理論和ANSYS軟件可對(duì)空氣-管道-鋁合金儲(chǔ)熱材料以及整個(gè)儲(chǔ)熱系統(tǒng)進(jìn)行建模，通過(guò)探索合適的網(wǎng)格劃分進(jìn)行數(shù)值模擬，從而可以掌握儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的傳熱規(guī)律。上述幾方面相互關(guān)聯(lián)、相互作用，通過(guò)儲(chǔ)熱器充熱、放熱過(guò)程的測(cè)試與評(píng)價(jià)裝置評(píng)價(jià)儲(chǔ)熱材料和儲(chǔ)熱裝置的設(shè)計(jì)，從而對(duì)儲(chǔ)熱材料和儲(chǔ)熱裝置進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)，將測(cè)試與評(píng)價(jià)裝置的結(jié)果與儲(chǔ)熱系統(tǒng)的模擬結(jié)果相對(duì)比，可以分析測(cè)試與評(píng)價(jià)裝置在實(shí)際應(yīng)用中的精確性，對(duì)其進(jìn)行調(diào)整與改善，增添了設(shè)計(jì)的合理性。這種對(duì)Al合金相變儲(chǔ)熱材料在高溫相變儲(chǔ)熱應(yīng)用方面進(jìn)行系統(tǒng)的研究方法具有先進(jìn)性。
④ 混凝土儲(chǔ)熱材料方面。研究的混凝土儲(chǔ)熱材料的熱導(dǎo)率達(dá)到2.3W/m﹒K，這個(gè)數(shù)值是德國(guó)熱力學(xué)技術(shù)研究院Doerte Laing等人制備的儲(chǔ)熱混凝土材料的熱導(dǎo)率（350℃下測(cè)試為1.0 w/(m·k)）2倍多，石墨粉的加入大幅度提高了材料的熱導(dǎo)率。
⑤ 高反射率聚合物太陽(yáng)能反光薄膜方面。首先將納米Ag顆粒進(jìn)行活化改性，再將納米銀用化學(xué)鍍的方法鍍到輕質(zhì)透明塑料膜上。輕質(zhì)透明塑料膜具有良好的彎曲性，加工簡(jiǎn)便，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。鍍銀后的塑料膜具有較高的反射率，且在塑料膜上涂覆一層氟碳樹(shù)脂保護(hù)層，使薄膜具有自潔性和耐沙蝕性。（太陽(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟）
① 在高溫傳熱蓄熱材料設(shè)計(jì)與性能調(diào)控原理研究方面，針對(duì)不同材料類型，開(kāi)展了深入研究并取得了如下創(chuàng)新成果：
② 陶瓷儲(chǔ)熱材料方面。本研究以氧化鋁、碳化硅、氧化鋯為主要原料設(shè)計(jì)的ASZ系列陶瓷儲(chǔ)熱材料具有儲(chǔ)熱密度大、抗熱震性能好、導(dǎo)熱系數(shù)高、強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，為國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)。首次采用沙漠砂等低品位原料制備低成本、高性能的陶瓷儲(chǔ)熱材料。
③ 合金儲(chǔ)熱材料方面。目前最常用的熔融鹽類儲(chǔ)熱材料，但是熔融鹽類儲(chǔ)熱材料存在腐蝕性、毒性及性能老化等問(wèn)題，容易造成熱交換管道的嚴(yán)重腐蝕。金屬基相變儲(chǔ)熱材料與其相變具有儲(chǔ)熱密度大、熱循環(huán)穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱系數(shù)高、相變過(guò)冷度小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在高溫相變儲(chǔ)熱材料的應(yīng)用中具有較大優(yōu)勢(shì)。本課題組目前已經(jīng)設(shè)計(jì)了一系列的鋁合金儲(chǔ)熱材料，獲得了相關(guān)的熱物理參數(shù)，并在滿足熔點(diǎn)在400～800℃之間，相變潛熱＞300J/g的條件下，選擇了較優(yōu)良的材料，對(duì)其在實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)具備的其它性能進(jìn)行了研究，包括導(dǎo)熱性，熱膨脹性，熱穩(wěn)定性以及與管道材料的相容性，結(jié)果證明了鋁合金作為高溫儲(chǔ)熱材料具有適中的相變溫度，較大的相變潛熱和儲(chǔ)熱密度，較高的導(dǎo)熱系數(shù)，較好的穩(wěn)定性以及較小的熱膨脹性，因此選擇鋁合金為高溫溫相變儲(chǔ)熱材料具有一定的科學(xué)性和先進(jìn)性。在儲(chǔ)熱裝置設(shè)計(jì)與模擬方面，本課題組已經(jīng)設(shè)計(jì)了一套利用氣體作為傳熱介質(zhì)的太陽(yáng)能儲(chǔ)熱裝置和一套儲(chǔ)熱器充熱、放熱過(guò)程的測(cè)試與評(píng)價(jià)裝置，并申請(qǐng)了專利，在儲(chǔ)熱系統(tǒng)的模擬方面，利用傳熱學(xué)理論和ANSYS軟件可對(duì)空氣-管道-鋁合金儲(chǔ)熱材料以及整個(gè)儲(chǔ)熱系統(tǒng)進(jìn)行建模，通過(guò)探索合適的網(wǎng)格劃分進(jìn)行數(shù)值模擬，從而可以掌握儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的傳熱規(guī)律。上述幾方面相互關(guān)聯(lián)、相互作用，通過(guò)儲(chǔ)熱器充熱、放熱過(guò)程的測(cè)試與評(píng)價(jià)裝置評(píng)價(jià)儲(chǔ)熱材料和儲(chǔ)熱裝置的設(shè)計(jì)，從而對(duì)儲(chǔ)熱材料和儲(chǔ)熱裝置進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)，將測(cè)試與評(píng)價(jià)裝置的結(jié)果與儲(chǔ)熱系統(tǒng)的模擬結(jié)果相對(duì)比，可以分析測(cè)試與評(píng)價(jià)裝置在實(shí)際應(yīng)用中的精確性，對(duì)其進(jìn)行調(diào)整與改善，增添了設(shè)計(jì)的合理性。這種對(duì)Al合金相變儲(chǔ)熱材料在高溫相變儲(chǔ)熱應(yīng)用方面進(jìn)行系統(tǒng)的研究方法具有先進(jìn)性。
④ 混凝土儲(chǔ)熱材料方面。研究的混凝土儲(chǔ)熱材料的熱導(dǎo)率達(dá)到2.3W/m﹒K，這個(gè)數(shù)值是德國(guó)熱力學(xué)技術(shù)研究院Doerte Laing等人制備的儲(chǔ)熱混凝土材料的熱導(dǎo)率（350℃下測(cè)試為1.0 w/(m·k)）2倍多，石墨粉的加入大幅度提高了材料的熱導(dǎo)率。
⑤ 高反射率聚合物太陽(yáng)能反光薄膜方面。首先將納米Ag顆粒進(jìn)行活化改性，再將納米銀用化學(xué)鍍的方法鍍到輕質(zhì)透明塑料膜上。輕質(zhì)透明塑料膜具有良好的彎曲性，加工簡(jiǎn)便，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。鍍銀后的塑料膜具有較高的反射率，且在塑料膜上涂覆一層氟碳樹(shù)脂保護(hù)層，使薄膜具有自潔性和耐沙蝕性。（太陽(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟）
0 條