微包裹相变储能材料的微结构调控及其流动传热特性研究

This project intends to prepare a kind of microencapsulated phase change material by encapsulating paraffin into inorganic titanium dioxide shell using sol-gel method. The titanium dioxide is non-toxic, and has non-flammability and good thermal conductivity. The microcapsules, the carrier medium (water) and surface-active agents are mixed to prepared phase change energy storage microcapsules function fluid, which has a large energy storage density, suitable phase change temperature, higher heat transfer coefficient and good mobility..The microstructure formation mechanism of the microcapsules and the directional reaction regulation are researched, the preparation process and the preparation method are studied systematically. The microstructure of the material and the physical and chemical characteristics are obtained. The rheological properties and resistance losses of the phase change energy storage microcapsules function fluid are studied, and the temperature distribution and heat transfer characteristics are also investigated..The phase change energy storage microcapsules functional fluid can be used as a highly efficient heat exchanger fluid medium, which can significantly reduce the size of the heat exchanger and the fluid pipe, and decrease transport energy consumption. The microcapsules are also used in various energy storage systems as energy storage materials. Therefore, the microcapsules have broad application prospects in the energy fields.

本课题拟采用溶胶—凝胶法将有机相变储能材料石蜡包覆到无毒、无可燃性、导热性能较好的无机二氧化钛壳材内，制备成微胶囊相变储能材料，并用该微胶囊储能材料、载流介质（水）及表面活性剂，制备成具有储能密度大、相变温度适宜、换热系数较高、流动性较好的相变储能微胶囊功能流体。.研究微胶囊相变储能材料的表/界面结构的形成机理与反应的定向调控；对微胶囊相变储能材料的制备过程及制备方法进行系统的研究，获得该材料的微结构特征及物理化学特性等。对相变储能微胶囊功能流体的流动和传热特性开展研究，研究相变储能微胶囊功能流体的流变性能和阻力损失等流动特性以及温度分布和换热特性等。.相变储能微胶囊功能流体既可作为高效换热流体介质，显著减小换热器和流体管道的结构尺寸，降低输送能耗；又可作为储能材料，应用于各种储能系统。因此，在能源、化工等领域起到节能、调节能量供需的作用，具有广阔的应用前景。

本课题采用了溶胶—凝胶法将有机相变储能材料包覆到无毒、无可燃性、导热性能较好的无机壳材内，制备出了多种微胶囊相变储能材料。分析了制备过程中的乳化剂、pH值、温度、压力、搅拌转速和反应时间等各参数对微胶囊相变储能材料的表界面结构的影响，制备出了不同构成的具有高效储能性能和较好热稳定性的微胶囊相变储能材料。分析了微胶囊相变储能材料的化学构成、晶体结构和微观结构，确定了微胶囊相变储能材料的相变温度、相变潜热、比热容、导热系数等热物性参数。.研究了相变储能微胶囊功能流体的流动形式、速度分布、阻力损失等流动特性等，得到了微胶囊功能流体的摩擦阻力系数-雷诺数关系曲线。分析了微胶囊功能流体在不同质量浓度、不同结构尺寸下的单位长度阻力损失与雷诺数的变化关系，得到了微胶囊功能流体的单位长度阻力损失-雷诺数关系曲线。研究了相变储能微胶囊功能流体的温度分布及换热特性，分析了微胶囊功能流体在不同质量浓度、不同结构尺寸下的对流换热系数随流速的变化关系，得到了微胶囊功能流体对流换热系数变化曲线。该微胶囊功能流体与单相传热流体（水）相比，其对流换热系数可增大2-3倍。.研究了相变储能微胶囊功能流体（MPCS）在光伏光热集热器（PV/T）上的动态性能。采用相变储能微胶囊功能流体的PV/T集热器的热效率、电效率和总效率高于采用水作为流体的PV/T集热器，采用相变储能微胶囊功能流体的PV/T集热器的总效率可达到67.39％，比采用水作为流体的PV/T集热器高约4.16％。相变储能微胶囊功能流体是通过控制工作流体的温度来获得较好的传热性能，相变过程对传热有较显著的影响。.相变储能微胶囊功能流体既可作为高效换热流体介质，显著减小换热器和流体管道的结构尺寸，降低输送能耗；又可作为储能材料，应用于各种储能系统。因此，在能源、化工等领域起到节能、调节能量供需的作用，具有广阔的应用前景。