第01讲贮热相变材料讲义资料.ppt

相变贮能理论与应用焦冬生热科学和能源工程系1按一下以編輯母片標題樣式按一下以編輯母片副標題樣式*2第一章贮热相变材料的分类和选择o主要内容：n1、贮热相变材料的相变形式n2、有关相变材料的常用术语n3、中常温相变贮能材料性能简介n4、贮热相变材料的遴选原则1、贮热相变材料的相变形式n相变现象1.固体液体凝固与融化冰雪融化、盐碱溶化、金属熔化、溶液结晶2.液体 气体 沸腾，凝结 3.固体 气体 升华 凝华 结霜、樟脑挥发 4.固体固体转捩31、贮热相变材料的相变形式o相可定义如下:“相是系统中均匀的与其他部分有界面分开的部分o所谓均匀的，是指这部分的成分和性质从给定范围或宏观来说是相同的，或是以一种连续的方式变化，也就是没有突然的变化一个多相系统是不均匀的，在相界处有物理性质或化学性质或两者兼有突变例如，在一个包含有冰和水的两相系统中，其物理性质在相界面处有突然变化51、贮热相变材料的相变形式o在一定条件下，物质不同相之间的相互转变叫做相变变o如果系统中各相经历很长时间而不互相转化，则是处于平衡状态实际上相平衡是一种动态平衡，从系统内部来看，分子或原子仍在相界处不停地转换，只不过同一时间内各相之间的转化速度相同。

o相变是有序和无序两种倾向相互竞争的结果相互作用是有序的起因，热运动是无序的来源在热力学理论中表现为U和ST的消长在缓慢降温的过程中，每当温度降低到一定程度，以致热运动不再能破坏某种特定相互作用造成的有序时，就可能出现新相61、贮热相变材料的相变形式o 自由能方程 两种参数的相互作用o克拉贝龙方程相变过程伴随明显的热量释放或吸收71、贮热相变材料的相变形式o描述物质状态的三个基本参数不是相互独立的n这就是物质的状态方程o理想气体o范德瓦尔斯方程81、贮热相变材料的相变形式理想气体范德瓦尔斯气体CO2实验等温线91、贮热相变材料的相变形式相变分类厄伦菲斯特依据热力学势及其导数的连续性对相变进行分类n自由能、内能都是热力学函数它们的第一阶导数是压力(或体积)、熵(或温度)、平均磁化强度等等，而第二阶导数给出压缩率、膨胀率、比热磁化率101、贮热相变材料的相变形式n凡是热力学势本身连续，而第一阶导数不连续的状态突变，称为第一类相变第一阶导数不连续，表示相变伴随着明显的体积变化和热量的吸放(潜热)n热力学势和它的第一阶导数连续变化，而第二阶导数不连续的情形，称为第二类相变这时没有体积变化和潜热，但比热、压缩率、磁化率等物理量随温度的变化曲线上出现跃变或无穷的尖峰。

超流和没有外磁场的超导转变、气液临界点，以及大量磁相变，属于二类相变111、贮热相变材料的相变形式o相变图12固液相变o固体点阵排列对应于势能最小，固体吸热之初，温度升高，固体粒子能量增加到一定程度（熔点）可摆脱束缚，点阵结构解体，从而固体变为液体温度不变是因为吸收的热几乎全部用于增加相互作用能13材料名称转变温度转变热 kJ/kgPentaerythritol季戊四醇C(CH2OH)4 Pentaglycerine五甘氨酸Li2SO4Cross-linked polyethene交联聚乙烯KHF2Neopentyl glycol新戊二醇C5H12O2三羟甲基乙烷2,2-二甲基-1,3丙二醇2,2-二羟甲基丙酸18881578120-14019643固固相变温度86(202)44(123-127)153(189)323216214192335130161125287附表8固-固相变材料相变物性表14季戊四醇o季戊四醇粉尘在空气中的浓度达30g/m3以上时，能与空气形成爆炸性混合物，当超过400时发生爆炸故宜贮存在阴凉、干燥、通风处，防潮、防火按一般化学品规定贮运o物化性质n白色粉末状结晶。

密度1.395g/cm3熔点261262沸点（4kPa)276燃点370气化热92kJ/mol，升华热131.5kJ/moln易被一般有机酸酯化，与稀烧碱溶液同煮无反应15时1g溶于18mol水溶于乙醇、甘油、乙二醇、甲酰胺不溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和石油醚等15硫氰化铵NH4SCN固固相变的储能性能相态始态温度终态温度转变温度峰温转变焓 kJ/kg-90.83116.23146.6895.83121.56155.7391.86118.42150.1192.95119.94151.6144.335.33128.2216u无机类o结晶水合盐（salt hydrate）附表1结晶水合盐类热物性表o熔融盐(molten salt)附表2一些无机化合物的热物性表o其它：水，硅o金属（包括合金）附表12-1到12-5及附表152.贮热相变材料的分类172.贮热相变材料的分类o热物性 潜热 导温系数u 导热系数/(比热*密度) 相变温度18醋酸盐类硝酸盐类硫酸盐类磷酸盐类碳酸盐类卤化物类NaCH3COO3H2O NaCH3COO2H2O LiCH3COO2H2OMg(NO3)26H2O Mg(NO3)24H2O Ca(NO3)24H2O Zn(NO3)24H2O Zn(NO3)26H2O Zn(NO3)2H2ONa2SO410H2O FeSO47H2O Na2HPO412H2O K3PO47H2O Na3PO412H2ONa2CO312H2OCaCl26H2O KF2H2O KF4H2O常用结晶水合盐类19常用结晶水合盐类热物性表20材料名称熔点熔解热kJ/kg比热kJ/kgKLiquid solid 导热 系数W/mK1 共融系统Mg(NO3)26H2OMgCl26H2OZn(NO3)26H2O2 部分共融系统Na2S2O35H2OCaCl26H2O3 非共融系统Na2SO410H2O89.9115.036.148.529.732.41671651472101702411.841.721.341.461.461.762.512.822.262.382.133.300.490 95 0.570 120 0.464 39.9 0.57 40 0.540 38.7 0.544附表1结晶水合盐类热物性表21附表2无机化合物(高温)材料名称相变温度比热kJ/kgK导热 系数W/mK熔解热kJ/kg溶解熵kJ/kgK密度kg/m3NaFNaClKFMgCl2AlMgLiNo3KClNa2CO4K2CO4KBrCaLiBrNa2SO4NaOH9958048567146596502527728528987348485508842933197894864844524013723703462902352222182022023010.6220.4520.4280.4590.4300.4040.7050.3320.2590.1990.2200.1940.2460.1750.6412.802.162.482.322.701.742.371.992.532.751.553.462.692.1322附表12-1Al的比热（ kJ/kgK ） 、潜热（ kJ/kg）值文献123456固态比热1.291.0840.9490.9200.9530.912-1.031液态比热1.20潜热400395.7388400387342-40523水和水蒸气性质表饱和状态（按温度排列）t 103Pa vm3/kgv m3/kgh kJ/kgh kJ/kgr kJ/kgs kJ/kgKs kJ/kgK00.611290.00100022202.154-0.052500.512500.56-0.00029.15440.010.61170.00100021206.01202500.532500.5309.154110.657160.00100018192.4644.182502.352498.170.01539.127820.70605100013179.7878.392504.192495.80.03069.101430.758130.00100009168.04112.612506.032493.420.04599.075240.813590.00100008157.15116.822507.872491.050.06119.049350.87260.00100008147.04821.022509.712488.690.07639.023660.935370.0010001137.6725.222511.552486.330.09138.998271.00210.00100014128.96129.422513.392483.970.10638.97381.0730.00100019120.86833.622515.232481.610.12138.94891.14820.00100026113.34237.812517.062479.250.13628.9233101.22810.00100034106.341422518.92476.90.1518.898824名称熔点温度导热 系数密度比热粘度Pt数汞钾铋铅-38.363.9271.1327.3151503001503005007003505007008.13611.62314.06444.98116.50515.57515.57516.27215.57514.00613550132001280081010020977095301050010350101000.1380.1380.1340.7960.1440.1520.1620.1590.1550.1555.733.953.111.345.954.273.358.656.924.930.0270.0120.00840.00660.01440.01160.00970.02350.0190.015液态金属的物性25o石蜡类附表6石蜡类物性表，熔点范围宽，潜热高。

o脂酸类（fatty acid）附表3脂酸类热物性表o其它有机相变材料附表5一些有机物热物性表有机类26名称碳原子数分子量熔点熔解热Kcal/kg密度70g/ml体积收缩率固化转变n-Dodecanen-Tridecanen-Tetradecanen-Pentadecanen-Hexadecanen-Hepeadecanen-Octadecanen-Nonadecanen-Eicosanen-Heneicosanen-Docosanen-Tricosane121314151617181920212223170184198212226240254268282296310324-12-65.51016.721.728.232.636.640.244.047.5545956.64158-594860560.7500.7560.7710.7680.7740.7780.774-0.7550.7580.7630.764-10.516.01010.09.4-2.5-2.56.24.2石蜡类物质的热物性27石蜡类物质的热物性碳原子个数熔点熔解热kJ/kg密度kg/m320 比热25 80202122304036.7540.3544.1565.5581.65248213252252272755758791806817544.3570.7598.1801.21022.06586987391037141128 分子式熔点熔解热kJ/kg比热kJ/kgK导热 系数W/mK固体密度Kg/cm3液体密度Kg/cm3Capric acid Lauric acidMyristic acidPentadecanoic acidPalmitic acidC10H20O2C12H24O2C14H28O2C15H30O2C16H32O236 4353.752.562.3152 177187178186- 1.61.6-0.14940 0.14750 -0.1651.004 1.0070.9900.9900.9890.878 0.8620.8610.8610.850脂酸类热物性表29材料名称分子式熔点熔解热kJ/kgAcetophenon。