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随着化石能源的迅速枯竭和生态环境的急剧恶化,太阳能、风能等可再生能源以及工业余热的回收利用逐渐受到各国的重视,相变储热技术因能平衡热能供需在时间与空间上的不匹配问题而在能源开发利用中应用广泛。潜热储存或相变储热是利用相变材料(PCM)的物态变化来吸收或释放潜热而进行热量存储,其储热密度大,储/放热过程近似恒温。在中低温储热系统中,如太阳光热利用、工业余热/废热回收、绿色建筑、电子散热、纺织和航天航空等领域有着广泛的应用前景。然而相变材料与储热系统仍存在着部分问题:有机PCM普遍存在导热率低、易泄漏和着火点低等问题;而无机PCM则存在过冷、相分离、导热性较差、循环稳定性低以及腐蚀性强等。另外相变储热系统还存在储热模块单一、传热性能差以及相变储热过程缺乏透彻的实验验证。基于此,本文开展了以下研究工作:(1)归纳并总结了非金属固体材料导热性能的影响因素,进而对其导热微观机理进行了分析,然后通过实验进行了相应的验证并解释了复合PCM的热传导机制。比热容、声子群速度和声子平均自由程是影响复合PCM热导率的主要因素,根据这些因素可以有效地调控其导热性能。(2)为了探究添加多孔基质来制备复合PCMs的热性能,采用熔融共混-凝固定形法和表面改性-真空浸渍法,分别以棕榈酸(PA)和钾明矾(APSD)为PCM,添加表面改性的高导热膨胀石墨(EG)和泡沫铜(CF)制备了三种复合PCMs,并对微观形貌、化学兼容性、储放热能力、导热性能和循环稳定性等方面进行了全面地分析与讨论。结果显示,PA与EG均匀混合并吸附至多孔网络结构内,样品密度为900 kg/m3,EG的质量分数为30%的PA/EG复合PCMs的熔融焓和凝固焓分别为193.01、194.21k J/kg,其对应的熔化温度为61.08℃和凝固温度为60.42℃,过冷度为0.66℃,水平和垂直热导率分别为38.42和2.68 W/(m?K)。而样品密度为900 kg/m3,改性EG的质量分数为20%的改性EG/APSD复合PCMs的熔化焓为473.52k J/kg,对应的熔点为84.39℃,其有效热导率为6.157 W/(m?K),约为纯APSD(0.55W/(m?K))的11倍。其次采用孔径为15PPI的CF和PA制备的PA/CF复合PCMs,其相变焓值为174.788 k J/kg,有效热导率为5.112 W/(m?K),相比于纯PA(0.162 W/(m?K)),其热导率提高了约31倍。另外,其储/放热速率比CF孔径为35PPI的PA/CF复合PCMs样品缩短了26分钟。在多孔介质吸附方面,通过理论推导孔隙率与样品密度的关系,设计并预测了样品数量。在样品导热性能方面,通过建立孔隙率与添加剂质量分数的关联式,提出了金属泡沫基PCMs热导率模型来预测碳基复合PCMs的热导率,其预测值与测试值误差仅为6.45%,说明该交互关系式在热导率理论计算方面具有较高的预测精度。(3)基于复合PCM的优选结果,构建了新型相变储热系统,并遴选了EG质量分数为20%的PA/EG定形复合PCMs作为该储热系统的蓄热材料。采用不同类型和数量的U形管或热管(HP)换热器研究了储热模块的温度分布和换热器的储/放热速率。当运行单一HP换热器时,显热吸热阶段所需时间为410分钟,固-液相变吸热阶段时间为296分钟,而冷却放热过程所需的时间为282分钟。而储热模块的横向测点的温度分布规律基本沿着高温循环工质的方向温度逐渐降低,而沿着冷却循环工质方向温度逐渐升高。纵向不同位置的温度随着热端距离逐渐降低。而运行HP-U形管时,显热吸热所需的时间为360分钟,固-液相变吸热阶段时间为285分钟,冷却放热过程所需的时间为320分钟。HP换热器的纵向不同位置温度分布差异较大,而U形管换热器的储热模块在纵向不同位置的温度分布较为分散,而达到潜热储热阶段后,其温度分布较为均匀。本论文研制了高性能定形复合PCMs,并对相变储热系统进行了深入研究,解决了现有储热系统中储/放热温度分布不均以及储/放热速率较慢等问题,对太阳能和工业余热等低品位热能梯级利用与高效储存提供有益的参考。