石蜡类相变材料传热性能研究
耐驰科学仪器商贸（上海） 石蜡相变材料 PCM 的熔融导热性能测试 说明书
德国耐驰热分析应用文集
耐驰科学仪器商贸（上海）有限公司 石蜡相变材料PCM 的熔融导热性能测试
编译：焦联联
耐驰科学仪器商贸（上海）有限公司
自远古时代，人们就已经认识到石头类建筑材料的储能性能，但是，为了更好的利用现代建材的储能性能，诸多问题开始显现，如：成本过高、质量过大和不可控的温度波动等。
所以，储能建材的开发成为节能领域的一个重要组成部分。
近几年，相变材料PCM 的利用由于其众多的优势被广泛用于太阳能建筑中。
PCM 受到关注的原因不只是因为它的式样的流行，更多的是因为它潜在的储能功能，其单位体积的储能量远远高于传统材料。
本文的应用为石蜡在固态、液态及其固液相变的导热性能测试。
测试条件：
Ÿ
测试仪器：激光导热仪LFA457 Ÿ
温度范围：-30 ... 50℃ Ÿ
样品支架：用于液体的白金容器 Ÿ
样品厚度：0.506mm Ÿ DSC 测试Cp ：标样，兰宝石
结论：
从测试的表观比热来看，由于叠加的吸热效应，熔融热焓非常明显。
通过内插方式可以去除熔融峰，得到样品的真实比热。
整个温度范围内，热扩散系数呈下降趋势。
当温度高于35℃时，热扩散系数基本上为一个常数。
在熔融区域，针对熔融进程的影响，对测得的表观值进行了修正。
在各个温度下，均使用一系列严格设定的脉冲能量进行了测定。
将相应的测试结果外推到脉冲能量为0，即得到了该温度下没有熔融／结晶过程影响的真实的热扩散系数。
样品测试结果表明：LFA457可以毫无疑问地对样品熔融温度及其以上部分进行分析。
改善石蜡相变材料导热性能的研究进展
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｐ ａ ｒ ａ 衢ｎ ： Ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ； ｈ ｅ Ｔ ｒ ｍａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｙ ｅ ａ ｒ ｓ ，ｐ ａ ｒ ａ ｉｎ ｆ ａ ｓ ａ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｄ ｍｏ ｒ ｅ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｔｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ
关 键 词 ：石蜡 ；相变材料 ；导热性 能 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ — ０ ４ ６ ０（ ２ ０ １ ４ ）０ ７ — １ ２ ５ ７ — ０ ３ 中图分 类号 ：Ｔ Ｅ ６ ２ ６ ． ８
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ Ｉ ｍ ｐｒ ｏ ｖ ｉ ｎｇ Ｔｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ Ｃｏ ｎｄｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｐａ ｒ ａ ｉｎ ｆ ＰＣＭ Ｄ Ａ Ｉ Ｑ ｉ ｎ ，Ｚ ＨＯＵＬ ｉ ，Ｚ ＨＵ Ｙ ｕ ｅ ，ＨＵ Ａ ＮＧ Ｆ ｅ ｉ
温 室效 应 、急 剧加 重 的环境 污染 和 燃油 价格 上
面” 。
涨等 ，极大地推动 了能源存储有效利用的研究。能
ｐ ａ ｒ ａ ｉｎ ｆ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｌ ｏ ｗ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｌ ｅ ａ ｄ ｓ ｔ ｏ ｌ ｏ ｗ ｅ ｆｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｈ ｅ ａ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｇ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｄ ｕ ｉｎ ｒ ｇ ｓ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｌ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ， ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｃ ａ ｎ ’ ｔ ｂ ｅ ｓ ｔ ｏ ｒ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｌ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｑ ｕ ｉ ｃ ｋ ｌ ｙ ａ ｎ ｄ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｌ ｙ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ， ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｐ ａ ｒ ａ ｉｎ ｆ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｉａ ｒ ｌ ｓ ｂ ｅ ｃ ｏ ｍｅ ａ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｍｐ ｈ ａ ｓ ｉ ｓ ．Ｉ ｎ ｔ ｈｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
石蜡类相变材料的研究及应用进展
馏 分 中分离 而 得 ， 要 经 过 常 减 压蒸 馏 、 剂 精 制 、 需 溶
溶 剂脱蜡 脱 油 、 氢精 制 等工 艺从 石油 中提 炼 出来． 加
石蜡 主要 由直 链 烷 烃 混 合 而 成 ， 用 通 式 Ｃ Ｈｚ 可 ｚ
来 表 示 ． 链 烷 烃 熔 点 较 低 ， 开 始 增 长 时 ， 点 升 短 链 熔
１ 石 蜡 类 相 变 材 料
石蜡 是精 制石 油 的副 产 品 ， 常 是 从 原 油 的 蜡 通
子 数 的增 大而 增 大 ， 数碳 原 子 烷 烃 的 同 系 物有 较 偶
高 的熔 化热 ， 但链 更 长 时熔 化 热也 趋 于相等 ．
收 稿 １期 ： ０ ７ １ － ５ ３ ２ ０ —０１
范围 广． 虽然 石 蜡 有 液相 生 成 ， 用 容 器封 装 ， 作 需 但 为一种 相变材 料 它具有 很 多优点 ， 相 变潜 热高 、 如 几 乎没有过 冷现 象 、 化 时蒸 气压力 低 、 熔 不易 发 生化 学 反应 且 化学稳 定 性较 好 、 多 次 吸放 热后 相 变 温 度 在 和 相变潜 热 变 化 很 小 、 自成 核 、 有 相 分 离 和 腐 蚀 没 性 ， 格 较 低 ， 无 机 盐相 当 ， 广 泛应 用 于储 能 领 价 与 被 域． 于其 相 变温 度 可 调 ， 它 在建 筑 节 能 领域 、 由 使 太 阳能 利用等 方 面 具有 广 阔 的应 用 前 景． 同种 类 或 不 不 同组成 的石蜡 其 相 变 温 度 也 不 同 ， 据 石 蜡 的 这 根
中图 分 类 号 ：ＴＫ１ 州 １ 文 献 标 识 码 ：Ａ
近 年来 ， 变材 料 热储 能 的应用 备受关 注 ， 是 相 这 因为相 变材料具 有储 热 密度 大 、 热 容器 体积 小 、 储 热 效率 高等 优点 ， 在太 阳能利 用 、 业余 热 、 工 废热 回收 、
石蜡-泡沫铜复合相变蓄热材料热特性的研究
了轻微变化。 于 航 等
程文龙等
[
9]
[
10]
孔 结 构 的 孔 尺 度 法。Zhang 等
[
11]
以采用单温度热 平 衡 模 型,并 且 模 拟 证 实 了 自 然 对 流
由于相变蓄热材料在熔化过程中,同时存在导热与
建立了泡沫铝中固
验装置,研究复合相变蓄热材料在熔化过程中固液界面
液相变的三维数 学 模 型,对 孔 隙 率 由 下 至 上 线 性 变 化
据
采
集
仪,
测
量
精
度
为
此
l
en
t
34972A
0.
0004%
温度的最大相对误差为:
2
2
δt = (
0.
15)
+(
0.
0004% )
=0.
15
2 模型及研究方法
(
1)
2.
1 构建泡沫金属模型
模拟重建了复 杂 的 泡 沫 金 属 几 何 模 型,将 泡 沫 金
属铜(图 3)简 化 以 球 体 为 中 心 的 十 四 面 体,模 型 采 用
言
相变蓄热材料利用潜热储能,具有能量密度 高,储
能/放能过程近似等温等优点,是太阳能储热系统研 究
的热点[1]。但是纯相变蓄热材料大多导热率低,限制了
其在工程上的应用,提高相变材料的导热率,强化其传
热能力,是研究的重点。目 前 常 用 的 方 法 有 翅 片 管[2],
相变材料微胶囊[3],添 加 金 属 环,膨 胀 石 墨[4]等 以 及 将
m-1 ·K-1 ) 起始点/K 终止点/K /(
J·kg-1 )/(
石蜡相变材料在同心环隙管内的基本传热行为
第 一 作 者 ： ， ９９年 生 ， 士 生 女 １７ 硕
Ｅ－ ｉ：ａｉｎ ｙ １ ３．ｏ ｍａ ｌ ｌ ｎ ＠ ６ ｃｍ ａ
如图 １所示， 门全部打 开， 阀 水从 阀门 Ｖ 进
入 ， 整个 系统 灌满水 ， 闭阀 门 Ｖ３ Ｖ 。开 启循 使 关 和 ４
与 一般 的显 热 蓄热 相 比， 变 蓄热 具 有 蓄热 密 相
比， 其蓄 热特性 相对 优 良。平 均相 对分 子质 量为
３ ７熔 点 为 ５ ～５ ， 化 热 为 １９ Ｊｋ ， 态和 ７， ４ ６℃ 熔 ７ ｋ／ ｇ 固
度高， 过程近似等温， 容易控制等 优点。Ａ－ ａ 等 Ｓｒ ｉ 人【研究了硬脂酸、 ３ Ｊ 棕榈酸以及 月桂酸和硬脂酸的 共晶物相变 材料在 同心环 隙管 间的 蓄放热性 质。 ＩＵ 等人【 研究了硬脂酸相变材料在 内部变热源温 ｉ ４ Ｊ 度情况 下的传热 规律。Ｖ ｌ ｊ 人【 研究 了金属 ｅａ等 ５ ｒ ］
Ｗ ／ Ｋ。 ｍ・
１２ 实验装置及步骤 ． 本实验 装 置如 图 １ａ所 示， （） 主要 由循 环泵 １热 、 媒管 、 测试单元 ２ 电阻、 、 数据采集卡和计算机组成 的数据采集系统 ５ 等组成。测试单元采用两个同心
套 管 结 构 ， 管 为不 锈 钢 管 ， 外 内管 为 紫 铜 管 。热 媒 （ ） 水 走紫铜 管 内， 相变 材 料 石 蜡 （ ．５ ｇ 填 充于 不 １５ ） ｋ 锈 钢管 和 紫铜管 的 环形 空隙 之 间。Ｐ ０ 片铂 电 Ｔ１０薄 阻用于测量石蜡 内部温 度变化 ， 测温范 围是 ０ ０ ℃， ～１０
解决 能量供 给和 需 求 失 衡 的 矛盾 ， 同时 有 利 于 环境 保护 ， 在太 阳能 利用 、 电力 的“ 峰填 谷 ” 废 热 和余 移 、
石蜡和石墨复合相变材料的导热性能研究
随着 我 国经 济 的快 速 发 展 ， 能 源 的需 求 越 来 对 越大， 能源 供给不 足 的矛盾 Ｅ益 突 出．开 发新 能 源 、 ｔ
中加 入铝 、 、 、 硅 合 金 和铅 基 复 合 物 时相 变 材 铁 铜 铝 料在 固化 过程 的传 热 特性 ， 出 固液 界 面 的移 动 速 提 率很 大程 度取决 于加 入物 导热 系数 与相变材 料熔 化 后 导热系 数 的 比值 ， 而 合 金 的掺 人 使 复合 体 系 的 然
的影响．结果表 明： 墨的掺 入增加 了复合材料的导热速率 ， 小 了传热 的波动性 ； 石 减 复合 材料 的相交 时间 明显提前 ， 固液相界面 的移动加快 ， 变时间范围明显缩短 ， 相 而相变温度 区间基本 不变．
关 键 词 ： 蜡 ；石 墨 ； 热 ；相 变 ； 热 性 能 石 传 导 中图 分 类 号 ：Ｂ ３ Ｔ ３ 文献标志码 ： Ａ
收 稿 日期 ： ０９— ９— ２ ２０ ０ ２
铁架台； 药匙 ； 度计 ； 温 蝴蝶 夹 ； 管夹 ； 试 铝罐 等． 试 验装 置如 图 １ 示 ． 所
作 者 简 介 ：丁鹏 （９ ３ ） 男 ， 东 枣庄 人 ， 南 师 范 大 学 ２０ １８ 一 ， 山 华 ０ ７级 硕 士研 究 生 ， ｍ ｉ： ｉｇｅ ｇ６６ １３ ｃｒ Ｅ ａ ｄｎ ｐｎ＿ １ ＠ ６ ．ｏ ｌ ＿ ｎ
式， 因具有储 热密 度 大 、 变 过程 近 似 等 温 、 程 易 相 过 控制 等优点 ， 成 为 主要 的储 热 手 段 ．相 变 材 料 而 ］
高温 、 耐氧 化 ， 同时具 有较大 的 比表面 积和较 高 的表 面活性 且 与 石 蜡 的 密 度 接 近 ， ＨＬＮ 等 研 究 ＭＥ ＩＧ 了石 墨对相 变材 料 的 影 响 ， 果 表 明新 的组 合 材料 结 的热 导 率可 以达 到纯 相 变材 料 的 １０倍 ， 相 变界 ０ 其 面移 动 速率 提 高 了 ｌ Ｏ一３ ．以上 结果 主要 是对 ０倍 导热 速率 的研究 ， 但对 导热 过程 中温度 的均 匀性 、 传
主查三类相变蓄热材料
主查三类相变蓄热材料相变蓄热材料主要分三类，无机PCM类，有机PCM类，复合PCM类，我将一一举例。
材料1:石蜡相变蓄热材料（有机PCM类主要是石蜡，醋酸，和其他有机物）通式错误！未找到引用源。
石蜡为非晶体，没有固定溶沸点。
但石蜡主要由直链烷烃混合而成，烷烃熔点一般为52错误！未找到引用源。
，潜热值190kj/kg。
优点：相变潜热高，几乎没有过冷现象，融化时蒸汽压力低，不易发生化学反应且化学稳定性较好，自成核，没有分离现象和腐蚀性，价格低。
缺点：导热系数低一般可以将几种石蜡进行混合，得到不同熔点的石蜡混合物，使石蜡相变材料的相变温度为17到49度，相变潜热值为190Kj/kg.材料2：高温熔盐相变蓄热材料（无机PCM类主要有结晶水合盐类，熔融盐类，金属或合金类等）一般为氟盐及其共晶化合物，如：NaF,LiF等。
（上方图片最后一项为导热系数）注意事项：盐类蓄热材料有一定的腐蚀性，所以容器材料必须用耐腐蚀的高温合金材料。
缺点：1，由液相转变为固相时有明显的体积收缩，2.热导率低材料3：复合PCM类。
近年来，复合相变储热材料应运而生，它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。
因此，研制复合相变储热材料已成为储热材料领域的热点研究课题。
但是混合相变材料也可能会带来相变潜热下降，或在长期的相变过程中容易变性等缺点。
该复合型相变蓄热材料由石蜡和硬脂酸按一定质量比混合而成，具体做法见下图。
当蓄热材料样品质量为3.186mg时，该材料的起始融化温度为48.522度，峰值融化温度为53.496度，融化潜热为163.576J/g;起始凝固温度为51.089度，峰值凝固温度为50.526度，凝固潜热163.062J/g。
石蜡相变材料
石蜡相变材料
石蜡相变材料是一种具有独特性能的功能材料，它可以在温度变化的过程中吸
收或释放大量的热量，从而实现温度调节和能量储存的功能。
石蜡相变材料广泛应用于建筑节能、航天航空、汽车制造、电子产品等领域，成为当今材料科学领域的研究热点。
首先，石蜡相变材料具有良好的温度调节性能。
在相变温度范围内，石蜡相变
材料可以吸收或释放大量的热量，使其表面温度保持相对稳定。
这种性能使得石蜡相变材料成为一种理想的温控材料，可以应用于建筑物的保温和空调系统中，有效地降低能耗，提高能源利用效率。
其次，石蜡相变材料具有良好的能量储存性能。
石蜡相变材料在相变过程中吸
收或释放的热量可以被用于能量储存，从而实现能量的平衡和调节。
这种性能使得石蜡相变材料在太阳能利用、储能设备、冷热储能系统等领域具有广阔的应用前景。
此外，石蜡相变材料还具有良好的环保性能。
相比传统的温控材料，石蜡相变
材料不含有任何有害物质，具有良好的稳定性和可再生性，对环境没有任何污染和危害，符合现代社会对材料环保性能的要求。
总的来说，石蜡相变材料具有良好的温度调节性能、能量储存性能和环保性能，是一种具有广泛应用前景的功能材料。
随着科学技术的不断发展和进步，相信石蜡相变材料将在更多领域发挥重要作用，为人类社会的可持续发展做出积极贡献。
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上海海事大学
硕士学位论文
石蜡类相变材料传热性能研究
姓名：邹复炳
申请学位级别：硕士
专业：制冷与低温工程
指导教师：章学来
20060601
锅中混合加热。
观察凝固温度变化。
实验结果如表３－４所示。
表３－４添加剂对石蜡相变温度的影响序号实验药荆凝固相变温度有无分层ｌ未加入添加剂５６．５℃无混合添加剂（聚乙二醇，１，２Ｎ二醇，无水
２５８．５℃有
硫酸钠）
３加入２０％微晶蜡的混合蜡５９．５℃无
剂的石蜡会有明显的分层现象，既烧杯底部约１５ｍｌＮｑ度处，出现了分层，导致传热不均，蓄热量降低。
如图３—５所示：
图３—５添加剂和石蜡的分层现象
为了达到理想的蓄放热效果，消除分层现象，样品３中，石蜡加入２０％微晶蜡（又称石油地蜡）混合加热。
实验发现，不但没有出现分层现象，而且凝固点有所提高，其凝固点比未加入添加剂的石蜡要高出５９。
Ｃ－５６．５＂０＝３＂０，但是混合材料的粘度提高（液体变粘稠），流动性有所降低。
这是由于微晶蜡的熔点、分子
６、加热棒７、温度测点８、电流表
５．１．３主要实验设备及材料介绍
①蓄热容器
蓄热容器外形图如图５－２所示
图５－２蓄热容器外形图
蓄热容器由自己设计后交给上海海事大学实习工厂定做。
中间水管采用铝，导热系数２３７Ｗ／ｍ．Ｋ、内径２０ｒａｍ、外径２５ｒａｍ、水管厚２．５ｒａｍ，容器壁采用铁，导热系数８０Ｗ／ｍ．Ｋ、内径１２３ｍｍ、外径１３３ｍｍ、壁厚５ｍｍ。
保温材料采用聚乙烯保温材料，导热系数为０．０４Ｗ／ｍ．Ｋ、厚５ｒａｍ，整个装置高３００ｒｎｌｉｌ。
如图５－３所示，俯视图如图５－４所示：
型号：Ｖ，ｍＡ，ｍＶ（要求选择的外部１２５Ｑ
的电阻）；
热电偶：型号Ｊ、Ｋ、Ｔ、Ｅ、Ｒ、ｓ、Ｂ、Ｎ、Ｃ，
参见表５－１；
通道：８通道或者６通道另外２个通道跳线关
闭；
压力范围：±１５ｍＶ、±５０ｍＶ、±ｌＯＯｍＶ、±５００ｍＶ、图５－６１－７０１８智能模块±１Ｖ、±２．５Ｖ；
电流范围：±２０ｍＡ
采样率：１０个／Ｓ
精度：±０．１％
电源：２４ＶＤＣ
表５－１熟电偶型号表
Ｉ类型范围（℃）类型范围（℃）类型范围（℃）Ｊ一２１０～＋７６０Ｅ一２７０～＋１０００Ｂ０～＋１８２０Ｋ一２７０～＋１３７２Ｒ０～＋１７６８Ｎ一２７０～＋１３００Ｔ一２７０～＋４００Ｓ０～＋１７６８Ｃ０～＋２３２０
ＲＳ２３２／４８５通讯器采用１－７５０２转换器，１－７５０２转换器如图５．７所示。
参数特性：
输入：ＲＳ．２３２协议
输出；ＲＳ．４８５协议
速度：自动转换波特率，３００～１１５２００ｂｐｓ
在单独的不使用转发器的ＲＳ。
４８５网络中，
最大可连接２５６个智能模块，在单独的使用转发
器的ＲＳ．４８５网络中，最大可连接２０４８个智能模
块设置转发器的要求：距离超过４０００英尺，或者
模块数超过２５６。
选用亚控公司的专用开发平台ＫｉｎｇＶｉｅｗ图５。
７１－７５０２转换器６．５，开发一个数据采集系统，Ｋ／ｎｇＶｉｅｗ是国内
较为流行的监控与数据采集系统的开发工具，这是一个基于ｃ语言的图形化开发平台，具有很好的通用性和开放性，提供了丰
富的国内外智能仪器仪表、模块、总线、ＰＬＣ板卡等其它设备的驱动程序；数据
库使用了Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ的Ａｃｃｅｓｓ。
ＫｉｎｇＶｉｅｗ软件包由工程管理器、工程浏览器、画。