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  • 醋酸鈉水溶液過冷特性探究
    來源:    發布時間: 2017-10-13 14:53   5512 次瀏覽   大小:  16px  14px  12px
        變儲能(潛熱儲能)是利用物態變化過程中伴隨的能量吸收和釋放而進行的,因此相變儲能比顯熱儲能具有更高的更多的儲能密度[1]。結晶水合鹽是最常用中、低溫相變儲能材料。它的熔點從幾十到幾百攝氏度不等,而且導熱
        變儲能(潛熱儲能)是利用物態變化過程中伴隨的能量吸收和釋放而進行的,因此相變儲能比顯熱儲能具有更高的更多的儲能密度[1]。結晶水合鹽是最常用中、低溫相變儲能材料。它的熔點從幾十到幾百攝氏度不等,而且導熱系數和潛熱密度都非常大。三水醋酸鈉(C2H3COONa·3H2O)熔點為580C,熔解熱為385.2J/g,熔化熱是265KJ/Kg[2]。但三水醋酸鈉的最大缺點是容易產生過冷和相分層,其過冷度可達十幾到幾十攝氏度,嚴重限制了它的使用。一般的改善方法是加入添加劑來消除或者減小過冷度。目前發現 NaCO3·10H2O,Na4P2O7·10H2O,Na3PO4·12H2O等少數添加劑可以減小三水醋酸鈉的過冷度。但是添加劑的篩選一般沒有規律可循,工作量非常大。[3]而我們的實驗不是去消除過冷現象的影響,而是尋找合適的過冷度,即在過冷度存在的溫度范圍對潛熱進行存儲,等到使用的時候再對它降溫使其結晶放熱。當溶液結晶時,儲存的相變潛熱瞬間釋放出來,使溶液的溫度達到最大值,我們就可以通過換熱器將這部分熱量加以利用。我們選擇水作為添加劑,改變溶液的濃度來影響過冷度。
        2 重慶醋酸鈉實驗及分析
        我們先固定液面高度為4cm,配制濃度范圍為30%到60.3%(純三水醋酸鈉溶液)以5%為梯度配制7組樣品進行實驗,對比它們的結晶溫度,如表1所示。從表中可以看出,結晶溫度接近,結晶后能達到的最高溫度隨濃度的減小而明顯下降。
        為在實際應用中有較高的換熱溫度,接下來的實驗里,我們把濃度范圍縮小到55%至59%,梯度為1%。液面高度為3至6cm,梯度為1cm,結果如圖1所示。從表格數據看出,濃度一定時,液面高度對結晶溫度確實有影響,但是影響的規律不明顯。有隨機性的因素在里面,不能得出明顯的結論。
        考慮到上面實驗中液面高度差別不大,得不出明顯結論,我們繼續做了11cm液面高度組 ,探究結晶溫度是否與高度有關,結果如圖2所示。由數據可見,11厘米的結晶溫度與其他高度時的結晶沒有明顯的區別。至此我們得到初步結論:結晶與液面高度無明顯關系。
        重慶醋酸鈉研究降溫速率對激發溫度的影響,利用保溫材料做成保溫杯,把加熱完成的樣品放進里面減小降溫速率。同時,拿3cm和11cm高度做對照,實驗結果如圖3-5所示。實驗結果分析:從圖中的數據可以看出,樣品在保溫時的結晶溫度高于不保溫時的結晶溫度。
        3 結論
        當濃度很小,小到到30%以后,因為醋酸鈉相對含量的降低,本實驗中樣品便不再結晶,在結晶的樣品中,結晶溫度相差不多,在-10℃左右,可以作為跨季存儲的材料;但是最高溫度隨著濃度的減小而降低,因而在實際應用中,應盡量選用濃度較高的樣品,但是濃度過高又會增加成本,所以可以選擇濃度在 55%到60.3%區間的樣品。
        將含水量限定在39.7%到45%的范圍內時,發現液面高度對激發溫度的影響不是太明顯,所以在實際應用中可以根據需要選取合適的容器進行存儲。
        降溫速率的快慢確實能影響結晶溫度,即降溫速率大的樣品激發溫度會低一些,這樣一來,在實際應用中可以根據需要選取適當的降溫速率以達到合適的激發溫度,這將是我們下一步的研究方向。
        綜上,在醋酸鈉溶液的跨季存儲中,應盡量選取濃度高的樣品,但是單純提高濃度又會增加材料成本,兩相權衡,可以選取濃度的濃度范圍為55%-60.3%。液面高度對于結晶溫度沒有明顯的,可控的影響,故而可以根據實際情況設計容器,以便安全高效的進行能量存儲。降溫速率對結晶溫度有明顯的影響,在應用中,可以尋找可操作性強的辦法,通過控制降溫速率來達到想要的結晶溫度。http://www.kato-studio.com/
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