利用沙漠砂制备太阳能蓄热材料的研究

【摘要】：能源短缺尤其是化石能源枯竭已成为世界性的难题,大力发展新能源迫在眉睫,基于太阳能储量的无限性、存在的普遍性和开发利用的清洁性,太阳能热发电引起了各国科研人员的广泛关注。为了克服太阳能的不稳定性,太阳能热发电设计了蓄热子系统,可在光照正常时将热量储蓄起来,在夜间或光照不足时保证热量供给,使电站连续、稳定工作。我国不仅面临着严峻的能源问题,还面临着严重的土地沙漠化等生态环境问题,目前全国沙漠面积高达64万平方千米,然而沙漠地区具有日照时间长,太阳能资源丰富的优势,针对上述两个问题,本课题就地取材,利用沙漠砂制备太阳能蓄热材料并设计蓄热单元结构,在创造经济效益的同时,实现了生态保护和太阳能利用共同发展。 本文以沙漠砂、页岩、方解石、钾长石、钠长石为主要原料,采用挤出成型的方式,制备了"Ca-Al-Si"系蜂窝蓄热陶瓷材料,采用XRD、SEM等现代分析和测试手段探讨了样品组成、制备工艺对材料的结构和性能的影响。在最佳配方A5的基础上,设计并制备了高温封装剂,讨论了蜂窝陶瓷中相变材料的填充方式,计算了潜-显热复相蜂窝陶瓷材料的蓄热密度,同时基于本研究制备的潜-显热复合蜂窝陶瓷材料,结合前人的研究成果,设计了太阳能热发电蓄热器的蓄热单元、蓄热单元的连接方式以及蜂窝蓄热陶瓷结构尺寸。结果表明："Ca-Al-Si"系蜂窝蓄热陶瓷材料满足太阳能热发电蓄热子系统对蓄热材料的要求,蓄热单元结构设计合理。 对A系列配方的研究表明：引入长石可显著降低样品烧成温度。A系列样品烧成温度范围为1040～1060℃,气孔率变化范围为31.26～47.46%,吸水率变化范围为17.32～33.41%,体积密度变化范围为1.45～1.81g·cm-3,抗折强度变化范围为30.35～58.27MPa。经1060℃烧成的样品A5综合性能较优,其组成为沙漠砂50%、山东页岩20%、大冶方解石15%、林州钠长石5%、山东钾长石10%,其吸水率为17.32%,气孔率为31.26%,体积密度为1.81g·cm-3,抗折强度为30.35MPa,抗热震性达到在室温～800℃(空气中冷却)30次不开裂。经XRD分析,样品主晶相为鳞石英、钙长石和硅酸钙。SEM分析样品微观结构表明钙长石晶体作为骨架,表面分布着大量粒径0.2μm左右的颗粒状鳞石英晶体及直径1.5～4μm的球形硅酸钙晶体,被玻璃相包裹并连接,提高了样品强度。大量颗粒状鳞石英相对于方石英在烧成和冷却的过程中具有较小的体积变化,提高了样品的强度和抗热震性,满足太阳能热发电用蓄热材料对抗热震性能的要求。 为探索沙漠砂制备蜂窝陶瓷的可行性,对最佳配方A5进行挤出实验,在该配方中加入适量粘结剂、增塑剂、润滑剂及水,通过挤出成型制备出蜂窝陶瓷。为安全可靠的封装PCM,对封装剂进行了研究,在蜂窝陶瓷基体的配方中,加入一定组分的熔剂作为高温粘结剂,制备出复合蜂窝陶瓷的封装剂,并封装相变材料工业NaCl, SEM分析表明封装剂与蜂窝陶瓷基体结合性良好。计算出在0～28℃、0～300℃、0～600℃、0～800℃、0～1000℃范围内,以1/2孔洞数量和1/2孔洞容积的方式填充工业NaCl的潜热-显热复相蓄热陶瓷的蓄热密度分别为556.55 kJ·kg-1、962.89 kJ·kg-1、992.16 kJ·kg-1、1142.12 kJ·kg-1、1349.73 kJ·kg-1。 设计了太阳能热发电蓄热器单元,为"Ca-Al-Si"系蜂窝陶瓷在太阳能热发电蓄热子系统中的应用打下了基础。蓄热单元的设计结构合理,传热效率高,经济效益好,达到了初步设计要求,适用于太阳能热发电蓄热子系统。 【关键词】：“Ca-Al-Si”复相陶瓷 沙漠砂蜂窝陶瓷 相变材料 高温封装剂 性能与微观结构 蓄热单元 太阳能热发电
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK512
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究的目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-17
• 1.2.1 蓄热材料的研究及应用现状11-14
• 1.2.2 沙漠砂的研究及应用现状14-15
• 1.2.3 氧化硅基材料的研究进展15-17
• 1.2.4 蓄热器和蓄热单元的研究进展17
• 1.3 本研究的主要内容17-19
• 第2章 Ca-Al-Si系储热陶瓷的制备、结构及性能19-55
• 2.1 实验19-30
• 2.1.1 样品制备19-22
• 2.1.2 样品的性能和微观结构表征22-30
• 2.2 结果分析与讨论30-54
• 2.2.1 影响样品烧成收缩性能的因素30-31
• 2.2.2 影响样品吸水率、气孔率、体积密度的因素31-34
• 2.2.3 影响样品抗折强度的因素34-35
• 2.2.4 影响样品抗热震性能的因素35-37
• 2.2.5 影响样品可塑性的因素37-38
• 2.2.6 样品的热性能分析38
• 2.2.7 样品的相组成分析38-40
• 2.2.8 样品的显微结构分析40-54
• 2.3 本章小结54-55
• 第3章 潜-显热复合储热蜂窝陶瓷的研究55-64
• 3.1 蜂窝陶瓷的制备55-57
• 3.2 相变材料的封装57
• 3.2.1 封装剂的设计57
• 3.2.2 相变材料的封装57
• 3.3 样品的结构与性能表征57-60
• 3.3.1 样品吸水率、气孔率和体积密度的测定57
• 3.3.2 样品轴向抗压强度的测定57-58
• 3.3.3 样品抗热震性能的测试58-59
• 3.3.4 封装剂与陶瓷基体复合后结合性测试59-60
• 3.4 结果分析与讨论60-63
• 3.4.1 影响样品吸水率、气孔率和体积密度的因素60
• 3.4.2 影响样品轴向抗压强度和抗热震性能的因素60
• 3.4.3 封装剂与陶瓷基体结合性分析60-61
• 3.4.4 相变材料的选择61-62
• 3.4.5 潜显热复相蜂窝陶瓷蓄热性能的研究62-63
• 3.5 本章小结63-64
• 第4章 蓄热单元结构设计64-69
• 4.1 蓄热器和蓄热单元的工作原理64
• 4.2 蓄热单元的设计64-67
• 4.2.1 蓄热单元的设计说明66
• 4.2.2 蓄热单元的使用说明66-67
• 4.3 本章小结67-69
• 第5章 全文结论及展望69-72
• 5.1 全文结论69-70
• 5.2 本文创新点70
• 5.3 下一步工作建议70-72
• 附图72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目80

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

新会兴建大型蜂窝陶瓷厂    孙福

新疆油建用沙漠砂代替常规施工所需中砂    叶莉

蜂窝陶瓷受宠环保市场    亚信

新疆沙漠砂密实度划分研究    程永辉,张喜发,陈继

沙漠砂变形模量研究    陈继,张喜发,程永辉

新疆沙漠砂有效导热系数的测定    张辉,陈友昌

塔克拉玛干沙漠砂归一化性状研究及工程应用    水伟厚,高广运,韩晓雷,姚仰平

沙漠砂填筑土料施工质量控制指标    王锐,李勇,王占臣

引额济乌工程沙漠渠线沙漠砂的工程特性    宋志建,席福来,司苏慧

沙漠砂填筑土料施工质量控制指标确定方法研究    叶朋月,王开兰

废纸制备蜂窝陶瓷的探索研究    乔冠军;金志浩;高积强;王红洁;

紫外光下蜂窝陶瓷负载TiO_2光催化降解邻-氯苯酚水溶液    谭砂砾;隋振平;吕晓燕;

从本企业蜂窝陶瓷体产品现状浅谈制约本行业发展几点意见    

沙漠砂室内综合性原位测试方法模拟试验研究    张喜发;张文殊;杜学玲;矫清先;赵义民;

新型脱除SO_2分子筛蜂窝陶瓷催化剂的研究    谢建忠;

新疆引水工程古尔班通古特沙漠砂工程性质研究    崔东;王旭;

介绍一种结构简单的RTO废气焚烧炉    曾光龙;

转轮除湿机的节能设计    刘宗源;

固体氧化物燃料电池重整催化剂研究    温广;乔柯;刘欣梅;阎子峰;

中国北方沙漠砂选频释光特性研究    刘超;魏明建;李东旭;何友兵;张玉华;

蜂窝陶瓷穿不锈钢“外套”    本报记者 许琦敏

从作坊老板到高企老总    郭可同 寇勇

酞酸铝堇青石大规格蜂窝陶瓷通过鉴定    高帝

高淳陶瓷：以质取胜的“中国制造”践行者    本报记者 裴玥

高淳5企业赢得国标“话语权”     本报记者 张小川张璐 本报通讯员 赵火平 孔祥顺 左年生

创新速度慢是一种浪费    张瑾

非金产业基地科技进步“节节高”    周娟

苏州高新区 崛起汽车零部件基地    吴秋华

创造力引领南京市新材料产业跨越起飞    南京日报记者　 施勇君

百家采购商造访APC 中国零部件如火如荼    本报记者 张翼

超声强化臭氧/蜂窝陶瓷催化氧化去除水中有机物的研究    赵雷

堇青石蜂窝陶瓷的研究    白佳海

非饱和沙漠地基土的理论和工程应用研究    韩晓雷

臭氧催化氧化与活性炭联用给水处理工艺特性中试研究    关春雨

利用铝型材厂工业废渣制备多孔陶瓷及稀土催化剂性能研究    刘艳春

中国北方沙漠—黄土系统的选频释光特性研究    刘超

利用沙漠砂制备太阳能蓄热材料的研究    汪轲

氧化铝基蜂窝陶瓷蓄热体的制备及其性能研究    薛红亮

M_xO_y/蜂窝陶瓷催化剂上有机小分子的催化氧化    李昭侠

塔克拉玛干沙漠砂强度特性及桩基承载能力的试验研究    王德刚

氧化床气流通道热态阻力特性数值研究    陈香春

堇青石质蜂窝陶瓷载体的研究    周燕

基于HTAC技术的蓄热式高温空气发生器实验研究    柳楷玲

包裹相变材料的蓄热氧化铝基复相蜂窝陶瓷的研究    刘强

车用高铝质蜂窝陶瓷载体的研制    柯尊文

直流电晕放电结合蜂窝陶瓷消烟的研究    林宇