基于Al-Si-Cu-Mg-Zn合金的高溫儲熱材料優(yōu)化設(shè)計與儲熱性能研究.pdf

1、熱能儲存是太陽能熱發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵，也是解決能源問題的核心技術(shù)，目前正受到廣泛的研究關(guān)注。儲熱材料的選擇關(guān)系到熱能儲存的效率與效果，金屬相變儲熱材料儲熱量高，穩(wěn)定性好，廣泛應(yīng)用于高溫儲熱，因此成為本文研究的出發(fā)點。本文基于Al-Si-Cu-Mg-Zn合金優(yōu)良的儲熱性能，對材料進行成分的優(yōu)化設(shè)計，使其在儲熱量、相變溫度范圍方面更加適應(yīng)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的實際工作需要。
　　 本文共設(shè)計制備了Al-Cu類、Al-Si-Cu類、Al-Cu

2、-Mg類、Al-Cu-Zn類四類合金共12個試樣，通過相圖分析、等離子光譜分析、金相顯微分析、X射線衍射分析、差示掃描量熱分析、基于阿基米德原理的排液法等分析測試方法，對試樣的元素含量、金相組織、物相結(jié)構(gòu)、潛熱、密度進行分析與測量，并依據(jù)奈曼.柯普定律完成顯熱計算。結(jié)合潛熱與顯熱以全面評價材料的儲熱能力，且通過密度將單位質(zhì)量儲熱量換算為單位體積儲熱量，以便在有限的儲熱室空間里更直觀地評價材料儲熱能力。根據(jù)測試與計算結(jié)果，本文所制備的12

3、種鋁基合金相變儲熱材料的儲熱量均大于900J/cm3，相變溫度范圍為450～650℃，可用作太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的儲熱材料。儲熱材料單位質(zhì)量相變潛熱受元素?zé)犰手岛臀锵嘟M織熱焓值的影響。受元素?zé)犰手涤绊?，Al-Cu類合金儲熱材料單位質(zhì)量相變潛熱比其余三類高，Al-Cu-Mg類合金其次；受物相組織熱焓值影響，Al-Cu類中的B2合金具有最高的單位質(zhì)量相變潛熱值。材料的顯熱主要跟各組成元素的比熱容及其含量有關(guān)，Al-Cu類合金的單位質(zhì)量顯熱比其它

4、三類要高，且B1合金顯熱最高。計算發(fā)現(xiàn)各合金顯熱值較可觀且差值較小。結(jié)合潛熱及顯熱來分析合金的單位質(zhì)量總儲熱量，Al-Cu類合金的顯熱和潛熱均高于其它三類，綜合儲熱能力最佳；盡管Al-Cu-Mg類合金具有較高潛熱值，但其顯熱最差，故總儲熱量不佳。通過添加Cu、Zn元素可增大材料密度，從而極大地提高材料單位體積總儲熱量。因此，Al-Cu類、Al-Cu-Zn類合金具有較大的單位體積儲熱量。綜合所制備的材料來看，Al-Cu類中的B2合金在單位