论文《相变材料对化工设备的影响》-仁创编译转载

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　　1.引言

　　当前，全球化的能源形式逐渐变得非常紧张，而且各国政府十分重视节能环保，然而由于能源的供应方面存在较大约束，很多能源的利用系统存在着不协调因素，因此，必须重视这一现象。相变材料在一定的温度范围内可以改变自身的物理状态，就比如以液态-固态的相变为例，当材料被加热到可以融化的温度的时候，那么材料就会发生从固体到液体变化的一个现象。而在熔化的过程中，材料相变就会吸收大量的热能，并且进行储存;而当相变的材料的温度下降的时候，材料吸收的热量就会在低温下释放到周边的环境之中，进而发生从液态变成固态的一个变化。这两种形态相互变化的过程中，无论是储存能量还是释放能量都称之为相变潜热。在材料的物理状态出现变化的时候，材料自身的温度在相变完成之后才发生变化，没有发生之前就不会变化。

　　2.相变材料基本概况

　　(1)概念

　　物质相变，顾名思义就是物质形态的相互转变，通常物质从最终形态转变为另一种形态，这个转变的过程，就是物质的相变。而在互相转变的过程中，物质的化学性质以及物理性质依然是相同的，并没有随着形态的改变而发生变化，而在变化中具有较为明显界面的部分称之为相，物质通常分为气相、固相以及液相。

　　一级相变。物质的形态在发生相变的时候，不仅会产生体积的变化，而且能够同时对热量进行释放或者吸收，这样的相变被称之为一级相变。比如，在标准大气压下，1kg的冰转为同等质量和温度的水，必须要吸收80千卡的能量，此时冰的体积发生变化，类似这种冰水转化都是一级相变。

　　二级相变。物质在发生具体形态的变化的时候，如果体积没有变化，而且不受吸收和释放热量的影响，仅仅在热膨胀系数以及等温压缩系数等方面出现物理量的变化，这种属于二级相变。例如超导体和正常导体、铁磁体以及顺磁体之间的转变都属于二级相变的具体情况，二级相变对于人类的生产和生活方面有着非常积极的影响，在许多领域都有着非常重要的应用。

　　(2)相变材料的类别

　　相变材料的分类有许多种，主要是三大类，分别是复合PCM和有机PCM以及无机PCM。期中无机PCM则又包括合金类、熔融盐类、结晶水合盐类等等;有机类PCM则包括醋酸、石蜡以及其他有机物，符合相变的储热材料的发明，可以有效的解决单一无机物或者有机物相变储热材料的不足，同时还可以拓展相变材料的应用范围。

　　3.相变材料对化工设备的特性影响

　　关于材料的相变储热应用的范围业界一直在探讨，当前相变储热的应用多是集中在建筑物防护结构的储热、太阳能的直接利用、航天太阳能以及工业余热回收系统储热等领域，这些领域和人们的生产生活息息相关。

　　(1)工业余热利用

　　在水泥、玻璃、陶瓷等工业加工领域，都会用到高温的窑炉，这些窑炉的耗能非常严重，而且热效率也在30%上下，对于这种高耗能的节能重点就是回收其中的余热，陈旧的做法通常是利用比较耐火的材料进行储热，但是效果并不明显，而且热量损失也非常的大。而通过相变储热方式，不仅设备可以缩小30%-50%，而且能耗损失量能减少45%左右。

　　(2)在建筑方面的应用

　　根据相关统计，人类社会对于建筑领域的能源消耗占了总能耗的30%。因此，如何提高建筑领域的能源使用效率变得迫在眉睫，建筑领域的能耗利用率的提升对于经济的发展和环境的保护都有着非常重要的意义，尤其是对一个国家的能源安全的意义是不可忽视的。因此可以利用相变储能材料，提升对太阳能蓄热的效率，降低对火力发电的消耗，节约成本，可以让建筑的内外热流波动更加稳定，降低延迟，提高居住的舒适度。据AthienitisA.K.等报道，利用浸入了硬脂酯丁酯的相变墙板，可使房间的最高温度下降4℃。

　　(3)相变储能材料在其它领域的应用

　　相变储能材料的应用涉及面很广。选用Mg(NO3)2·6H2O作为主储热材料，MgCl2·6H2O作为添加剂调节相变温度，可以用于处理发热发电系统产生的城市废热(温度在60～100℃)。在冷藏系统中，用主要为Na2SO4·10H2O、NH4Cl和KCl的混合物作为相变储能材料代替传统的换热体系，能够提高冷藏系统的性能，有利于缓解高峰制冷负荷、克服开门期间的能量损失和满足较长停电期间的制冷需要。另外相变储能材料在纺织服装、温室种植等领域都有应用。随着相变材料基础和应用研究的不断深入，相变材料应用的深度和广度都将不断拓展。因此，在材料相变中，其化工设备的生产也会受到不同程度的影响。

　　4.结语

　　随着技术的进步，相变储能材料目前的研发还是比较迅速的，而且很多实用相变材料已经应用到了实际的生活中，这些应用目前大多是集中在太阳能利用、温度反映控制、工业余热废热储存、电动车等。而低温储能主要的应用范围是太阳能储存以及废热回收等等;高温储能主要的应用领域是太阳能电站、人造卫星以及磁流体等方面。此外，固固相变的储热材料在家庭供暖中有着广泛的应用，通过盐和水的相变，可以达到热效率以及收缩膨胀小等效果。由此可见，相变材料在生活和生产中发挥着不可替代的作用，已经为工业生产和人类生活带来了很大的便利，随着技术的进步和创新以及人类思维方式的开拓，相变材料会进一步改进，从而更好的服务于人类社会的发展，促进经济的进步和人类生活水平的提高。

　　【参考文献】

　　[1]段传璞.石蜡/海绵复合相变材料用于接触式取暖的性能评价[J].科技资讯,2017(36)：94-97,101.

　　[2]沈心媛,陈柯宇等.建筑相变材料及其封存方式浅析[J].江苏建材,2018(04)：9-12.

　　[3]林俊杰,杜娟等.PCM用于锂电池散热研究进展[J].广州化工,2014(04)：13-16.

　　作者：聂莉莎 单位：盘锦职业技术学院化工系

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