相变材料与相变储能技术

前言

主要符号表

第1章绪论

1.1相变材料与相变储能技术在国民经济中的作用

1.2相变材料与相变储能技术研究和应用现状

参考文献

第2章相变储能技术的原理、特点和研究范围

2.1相变储能技术的原理

2.1.1相变储能的几种方式

2.1.2相变潜热

2.1.3相变储能系统的基本要求

2.1.4成核与过冷

2.1.5相变过程的热和质的传输

2.2相变储能技术的特点

2.3相变材料和相变储能技术的研究范围

参考文献

第3章材料相变原理

3.1相变的分类及其特征

3.1.1按热力学特征分类

3.1.2按相变方式分类

3.1.3按原子迁动方式分类

3.2相图热力学

3.2.1相平衡条件和相律

3.2.2固溶体的自由能-成分曲线

3.2.3多相平衡的公切线原理

3.2.4混合物的自由能和杠杆法则

3.2.5相图的表示和测定方法

3.2.6从自由能-成分曲线推测相图

3.2.7二元相图的几何规律

3.3相变热力学

3.3.1新相的形成

3.3.2凝固热力学

3.3.3凝固过程

3.4相变动力学

3.4.1形核率

3.4.2晶体的生长

3.4.3结晶动力学

3.4.4相变动力学一般规律

3.4.5凝固组织简介

3.5相变的晶体学特征

3.5.1凝固后晶体的外表面与外形

3.5.2固态相变时的晶体学特征

3.6单元和二元系相图及其应用

3.6.1单元系相图

3.6.2二元系相图

3.7二元系相图及其应用

3.7.1三元相图几何基础

3.7.2三元系平衡转变的定量法则

3.7.3三元匀晶相图

3.7.4三元共晶相图

3.7.5具有二元包晶转变相图的三相区的几何特征

3.7.6三元合金相图的四相平衡转变

3.7.7具有化合物的三元相图及三元相图的简化分割

3.7.8应用实例

参考文献

第4章相变储能材料

4.1结晶水合盐

4.1.1结晶水和水合晶体

4.1.2无机水合盐的过冷机理

4.1.3减小过冷度的措施

4.1.4无机水合盐的析出机理

4.1.5克服晶液分离的方法

4.1.6几种结晶水合盐

4.2其他无机化合物

4.3石蜡

4.4非石蜡有机材料

4.4.1脂肪酸

4.4.2多元醇

4.5金属及合金

4.6显热/潜热陶瓷基复合储能材料

4.6.1无机盐陶瓷基复合储能材料的制备工艺

4.6.2无机盐/陶瓷基复合储能材料的热物理性能及显微分析

4.7功能热流体

4.8一些商业化的相变材料

参考文献

第5章相变材料的储热性能

5.1相变材料储热性能的测试方法

5.1.1热分析方法概述

5.1.2差热分析

5.1.3差示扫描量热法

5.2相变材料(铝硅合金)在熔化一凝固热循环过程中的成分、结构和性能变化

5.2.1高温氧化

5.2.2杂质Fe含量的影响

5.2.3铝硅合金在反复熔化一凝固热循环过程中的储热性能

5.2.4液态铝硅合金对容器的腐蚀

参考文献

第6章相变储能材料的容器与储能换热器

6.1相变材料的封装

6.1.1相变材料的封装方式

6.1.2相变材料与容器的相容性

6.2各种形式的储能换热器

6.2.1气体相变储能换热器

6.2.2液体相变储能换热器

6.2.3特殊形式的储能换热器

6.3绝热技术与绝热装置

6.3.1高温真空粉末绝热的传热机理

6.3.2高温真空粉末绝热实验

参考文献

第7章相变传热理论

7.1相变传热问题的数学描述

7.1.1纯物质相变传热问题的一般数学描述

7.1.2几种特殊的纯物质相变传热问题模型

7.1.3多组分材料的相变传热问题数学描述

7.1.4相变传热问题的无因次化

7.2相变传热问题的精确分析解

7.2.1诺伊曼(Neumann)解及其派生解

7.2.2圆柱坐标系无限大空间相变问题的精确解

7.2.3球对称坐标系相变问题的精确解

7.2.4多组分材料相变问题的精确解

7.3移动热源法

7.3.1移动热源法求解诺伊曼问题

7.3.2移动热源法求解二维凝固问题

7.4相变传热问题的近似分析法

7.4.1积分法

7.4.2准稳态法

7.4.3摄动法

7.4.4嵌入法

参考文献

第8章相变传热的数值分析

8.1各种相变传热的数值法简介及其在国内的应用情况

8.1.1各种相变传热的数值法简介

8.1.2国内应用数值法分析工程应用问题的情况概括

8.2有限差分法的应用例子

8.2.1含自然对流的相变二维数值计算应用例子

8.2.2一维变密度边界条件数值计算应用例子

8.3有限单元法的应用例子

8.3.1一圆柱体铸件凝固例子

8.3.2蓄冰的例子

8.4CFD商用软件及其应用于相变传热数值计算的简介

参考文献

第9章储能换热装置和系统设计基础

9.1以导热为主要释热形式的储热装置储放热过程

9.1.1相变储热装置的加热和放热过程

9.1.2储热体的放热强度(火力)

9.2对流式相变储能换热器放热过程分析

9.3储能换热装置和系统的设计计算

9.3.1储热元件的设计

9.3.2保温结构的设计

9.3.3电加热管的设计

9.4气-水换热器的设计

9.4.1换热器材料选择

9.4.2换热器结构确定

9.4.3传热计算

9.4.4空气侧阻力计算

9.4.5水侧阻力计算

9.4.6其他

9.5储能换热装置和系统的效率及经济性分析

9.5.1相变储能供热装置热效率方程与计算

9.5.2电热相变储能供热装置经济性分析

参考文献

第10章相变储能技术的工程应用

10.1相变储能技术在民用电热电器等产品开发中的应用

10.1.1家用高效多功能储热电热炉的设计计算和性能

10.1.2储能式电热电器产品

10.2相变储能技术在工业余热利用上的应用

10.2.1在热风炉的应用

10.2.2在加热炉上的应用

10.3相变储能技术在电力调峰和新能源中的利用

10.3.1电热相变储能热水热风联供系统

10.3.2中小型电热蓄能锅炉

1O.3.3储能蒸汽锅炉和储能热电站

10.3.4相变储能技术在新能源中的利用

10.4相变储能技术在建筑节能中的应用

10.4.1相变储能在太阳能暖房中的应用

10.4.2相变储能在民用建筑中的应用

10.4.3相变储能热泵与蓄热空调系统

10.4.4相变储能微胶囊技术在建筑节能中的应用

10.4.5相变储能复合建筑材料的发展展望

10.5蓄冷空调技术在建筑中的应用

10.5.1蓄冷空调技术

10.5.2蓄冷空调系统的运行策略与自动控制

10.5.3蓄冷空调系统的主要蓄冷设备

10.5.4与冰蓄冷相结合的低温送风空调系统

10.5.5蓄冷空调系统的效益分析

10.5.6蓄冷空调系统的设计

10.5.7蓄冷空调系统的研究方向

参考文献

索引

附表

附表一计算程序

附表二误差函数(部分)

附表三几种保温、耐火材料导热系数与温度的关系

附表四液态金属的热物理性能

附表五保温、建筑及其他材料的密度和导热系数

附表六几种饱和液体的热物理性质

附表七固-固相变材料相变物性表

附表八0-1500℃相变材料选择一览表

附表九-70-0℃相变材料选择一览表

附表十储冷共晶混合物物性表

附表十一一些结晶水合盐的成核剂及增稠剂

附表十二纯Al的比热容、潜热值

附表十三铝基合金的固态比热容

附表十四各种铝基合金的液态比热容

附表十五各种铝基合金的潜热(铜卡量热计测定值)

附表十六DSC法与铜卡量热计测铝基合金潜热值(kJ/kR)的比较

附表十七典型制冷剂的热物性表

附表十八一些水溶液的凝固点

附表十九不同储能方式和储能材料能力比较

　　本书共分十章，主要介绍了相变储能技术的原理、特点和研究范围，材料相变原理，相变储能材料，相变材料的储热性能，相变传热理论，相变传热的数值分析，储能换热装置和系统设计基础，相变储能技术的工程应用等内容。本书内容新颖，重点突出，详略得当，能理论联系实际，深入浅出，通俗易懂。本书适合从事能源材料和能源利用领域的科研和工程技术人员，高等学校的教师和研究生、本科生作为专业参考资料或教材使用。　　本书论述了材料相变的原理和材料热力学的基础理论，全面介绍了各种无机、有机、金属和其他复合相变储能材料的成分、物理和化学性质、储热性能及其对容器的腐蚀与防护；同时论述了相变储能技术的原理、特点和研究范围，相变过程传热理论，相变传热的数值分析，储能换热设备及绝热技术的设计计算基础和试验方法。本书还比较详细地介绍了相变储能技术在电力调峰、新能源、工业和建筑节能及在家用电器工业上的工程应用的原则、方法和实例，既具有深入的理论，又具有实用的相变材料研制和储能装置设计计算方法。　　本书适合从事能源材料和能源利用领域的科研和工程技术人员，高等学校的教师和研究生、本科生作为专业参考资料或教材使用。【作者简介】　　张仁元，毕业于华中工学院动力系，后公派到美国俄亥俄州立大学等校作访问学者。原为中国科学院广州能源研究所研究员，现为广东工业大学材料与能源学院教授、博士生导师。长期从事能源材料、太阳能和储能技术研究。先后主持国家和省部级等科研项目35项。主持完成的两项成果“相变储能技术及其应用”和“金属相变储能技术及无机盐陶瓷基复合相变储能材料研究”，已达到国际先进水平并获中国科学院和广东省科学技术二等奖。此外，还有其他4项成果获中国科学院和省部级二、三等奖，并有8项发明和实用新型专利获授权。1992年获国务院突出贡献政府特殊津贴。在国内外公开发表论文80余篇及内部论文集3部。