笼形水合物生长期特性实验研究

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随着能源问题的日益凸显,蓄冷技术的应用越来越受到重视。理想的蓄冷介质是帮助蓄冷技术快速推广的关键。笼形水合物作为蓄冷介质的优势在于相变温度在512℃之间,能很好地契合常规空调系统,而不需要双工况空调系统,不会因为蓄冷工况温度过低降低空调系统的能效比(COP)。同时,气体水合物单位体积蓄冷量接近或大于冰的单位体积蓄冷量,可以有效减少蓄冷容器体积。本文基于笼形水合物工程应用中的蓄冷效率和经济性,针对各种促进剂对HCFC-141b(一氟二氯乙烷)笼形水合物生长期内生长速率的影响进行了一系列实验研究,并对HCFC-141b水合物的热物性进行测量,为笼型水合物应用于实际工程提供实验依据。首先,文章通过对比添加0.1wt%的动力学促进剂——十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠和全氟烷基醚醇铵盐型阴离子Intechem-01(FC-01)和热力学促进剂——四氢呋喃(THF)和四丁基溴化铵(TBAB)在3℃静态条件下,对HCFC-141b笼形水合物生长期内的促进作用,选出促进效果最佳的动力学促进剂,使用XRD对实验生成的固体成分进行分析确定,并通过粒径测试和表面张力测试进行进一步分析。然后,对不同浓度的FC-01对HCFC-141b水合物的生长期内生长速率的影响进行了研究,得出促进水合物生长的最佳浓度,并通过表面张力测试加以分析。接着,研究对比了不同质量配比的主、客体材料对HCFC-141b笼形水合物的生长速率的影响。最后,采用差示扫描量热法(DSC)和冷却法测量HCFC-141b水合物的相变潜热,自行搭建冷却装置并通过Hot Disk对HCFC-141b水合物的导热系数进行了测量分析。研究结果表明,3℃时,添加0.1wt%的FC-01在静态制备HCFC-141b水合物实验中表现出更好的生长促进效果,并通过XRD测试分析添加FC-01的样品内的固体,确定其为Ⅱ型的HCFC-141b水合物。通过粒径分析得出添加FC-01能让HCFC-141b/H2O的混合体系具备更好的分散效果和稳定性,且其粒径能长时间稳定在350nm左右,能为水合反应提供更多反应场所,提高蓄冷效率。对比不同浓度FC-01对HCFC-141b水合物生长期内生长速率的影响,发现在3℃当FC-01浓度为0.06wt%时,HCFC-141b笼形水合物的生长速率最快。通过对0.1wt%的SDBS、SDS和FC-01水溶液的表面张力进行测试,发现FC-01对降低水的表面张力效果最佳,对不同质量浓度的FC-01水溶液进行测试,结果表明表面张力大小随着FC-01质量浓度的增加先是出现大幅下降,然后逐渐趋于平缓,表面张力大小基本稳定在21mN/cm左右,本实验最低至19.94mN/cm。HCFC-141b/H2O质量配比实验中,当配比大于1:2.62即HCFC-141b过量时,笼形水合物具有相对更快的生长速率,且过量的HCFC-141b更容易分离,实际工程应用中可通过过量的客体材料来提升蓄冷速率。由于HCFC-141b水合物相变点在8.4℃且容易出现分相等因素,使用常温DSC无法准确测量HCFC-141b的相变潜热,采用自己搭建的实验装置通过冷却法测得其相变潜热为174.22J/g,更贴近于实际工程应用;采用自行设计的冷却装置通过Hot Disk测得HCFC-141b笼形水合物的导热系数为0.435 W?m-1?K-1,为蓄冷工程中设备选型提供实验依据。
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