吴建锋教授《高温传热蓄热材料设计与性能调控原理》

 

课题五《高温传热蓄热材料设计与性能调控原理》近两年的研究进展主要为：

① 在高温传热蓄热材料设计与性能调控原理研究方面，针对不同材料类型，开展了深入研究并取得了如下创新成果：

② 陶瓷储热材料方面。本研究以氧化铝、碳化硅、氧化锆为主要原料设计的ASZ系列陶瓷储热材料具有储热密度大、抗热震性能好、导热系数高、强度高、耐高温、耐腐蚀等优点，为国内外首创。首次采用沙漠砂等低品位原料制备低成本、高性能的陶瓷储热材料。

③ 合金储热材料方面。目前最常用的熔融盐类储热材料，但是熔融盐类储热材料存在腐蚀性、毒性及性能老化等问题，容易造成热交换管道的严重腐蚀。金属基相变储热材料与其相变具有储热密度大、热循环稳定性好、导热系数高、相变过冷度小、使用寿命长等优点，在高温相变储热材料的应用中具有较大优势。本课题组目前已经设计了一系列的铝合金储热材料，获得了相关的热物理参数，并在满足熔点在400～800℃之间，相变潜热＞300J/g的条件下，选择了较优良的材料，对其在实际应用中还应具备的其它性能进行了研究，包括导热性，热膨胀性，热稳定性以及与管道材料的相容性，结果证明了铝合金作为高温储热材料具有适中的相变温度，较大的相变潜热和储热密度，较高的导热系数，较好的稳定性以及较小的热膨胀性，因此选择铝合金为高温温相变储热材料具有一定的科学性和先进性。在储热装置设计与模拟方面，本课题组已经设计了一套利用气体作为传热介质的太阳能储热装置和一套储热器充热、放热过程的测试与评价装置，并申请了专利，在储热系统的模拟方面，利用传热学理论和ANSYS软件可对空气-管道-铝合金储热材料以及整个储热系统进行建模，通过探索合适的网格划分进行数值模拟，从而可以掌握储热系统中的传热规律。上述几方面相互关联、相互作用，通过储热器充热、放热过程的测试与评价装置评价储热材料和储热装置的设计，从而对储热材料和储热装置进行优化，同时，将测试与评价装置的结果与储热系统的模拟结果相对比，可以分析测试与评价装置在实际应用中的精确性，对其进行调整与改善，增添了设计的合理性。这种对Al合金相变储热材料在高温相变储热应用方面进行系统的研究方法具有先进性。

④ 混凝土储热材料方面。研究的混凝土储热材料的热导率达到2.3W/m﹒K，这个数值是德国热力学技术研究院Doerte Laing等人制备的储热混凝土材料的热导率（350℃下测试为1.0 w/(m·k)）2倍多，石墨粉的加入大幅度提高了材料的热导率。

⑤ 高反射率聚合物太阳能反光薄膜方面。首先将纳米Ag颗粒进行活化改性，再将纳米银用化学镀的方法镀到轻质透明塑料膜上。轻质透明塑料膜具有良好的弯曲性，加工简便，价格低廉等优点。镀银后的塑料膜具有较高的反射率，且在塑料膜上涂覆一层氟碳树脂保护层，使薄膜具有自洁性和耐沙蚀性。（太阳能光热产业技术创新战略联盟）