基于alsicumgzn合金的高温储热材料优化设计与储热性能研究

《基于alsicumgzn合金的高温储热材料优化设计与储热性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要热能储存是太阳能热发电技术的关键，也是解决能源问题的核心技术，目前正受到广泛的研究关注。储热材料的选择关系到热能储存的效率与效果，金属相变储热材料储热量高，稳定性好，广泛应用于高温储热，因此成为本文研究的出发点。本文基于A1-Si—Cu—Mg—Zn合金优良的储热性能，对材料进行成分的优化设计，使其在储热量、相变温度范围方面更加适应太阳能热发电系统的实际工作需要。本文共设计制备了A1-Cu类、A卜Si—Cu类、Al—Cu—Mg类、A卜Cu—Zn类四类合金共12个试样，通过相图分析、等离子光谱分析、金相显微分析、x射线衍射分析、差示扫描量热分析、基于阿基米德原理的排液法等分析测试方法，对试样

2、的元素含量、金相组织、物相结构、潜热、密度进行分析与测量，并依据奈曼．柯普定律完成显热计算。结合潜热与显热以全面评价材料的储热能力，且通过密度将单位质量储热量换算为单位体积储热量，以便在有限的储热室空间里更直观地评价材料储热能力。根据测试与计算结果，本文所制备的12种铝基合金相变储热材料的储热量均大于900J／cm3，相变温度范围为450---650℃，可用作太阳能热发电系统的储热材料。储热材料单位质量相变潜热受元素热焓值和物相组织热焓值的影响。受元素热焓值影响，A1．cu类合金储热材料单位质量相变潜热比其余三类高，m．Cu．Mg类合金其次；受物相组织热焓值影响，灿．Cu类中的B2合金具有最

3、高的单位质量相变潜热值。材料的显热主要跟各组成元素的比热容及其含量有关，A1．Cu类合金的单位质量显热比其它三类要高，且B1合金显热最高。计算发现各合金显热值较可观且差值较小。结合潜热及显热来分析合金的单位质量总储热量，A1一Cu类合金的显热和潜热均高于其它三类，综合储热能力最佳；尽管A1一Cu-Mg类合金具有较高潜热值，但其显热最差，故总储热量不佳。通过添加Cu、Zn元素可增大材料密度，从而极大地提高材料单位体积总储热量。因此，A1．Cu类、A1．Cu．Zn类合金具有较大的单位体积储热量。综合所制备的材料来看，A1．Cu类中的B2合金在单位体积储热能力上表现最佳，且相变温度范围为549．2

4、～559℃，适用于太阳能热发电系统。关键词：储热材料；铝基合金；潜热；显热；热物性IIAbstractThermalstorageisthekeyofsolarthermalpowergenerationtechnologies，andalsoisthecoretechnologytosolveenergyproblems，currentlyisunderextensiveresearchattention．Thechoiceofthermalstoragematerialisgreatlyrelatedtotheefficiencyandeffectivenessofthermalener

5、gystorage．ThemetalphasechangethermalenergystoragematerialshashighHeatreservoir,goodstability,iswidelyusedinhi班temperatureheatstorage，hasthereforebecomethestartingpointofthisstudy．BasedontheexcellentheatstoragepropertiesofA1-Si—Cu—Mg—Znalloys，thematerialcompositionswereoptimallydesignedtomakethemmor

6、eresponsivetotheactualworkrequirementsofsolarthermalpowergenerationsystemintheaspectsofheatstorageandphasechangetemperaturerange．Inthisarticle，12kindsofalloysbelongedtofourseries，suchasA1-Cualloys，Al-Si—Cualloys，A1一Cu-Mgalloys，A1一Cu-Znalloys，weredesignedandprepared．Throughtestmethods，suchasphasedia

7、gramanalysis，plasmaspectralanalysis，metallographicmicroscopyanalysis，X—raydiffractionanalysis，differentialthermalanalysis，andfluid—dischargetherapybasedonArchimedesprinciple，theelementcontent，microstructure