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太阳能因具有“无限性”、普遍性、经济性和清洁性等特点,必将成为全球理想的替代能源。同时太阳能也存在间歇性、不可预测性以及分散性等缺点,使其在应用时受到了限制。以蓄热材料作为储能介质的蓄热技术很好地解决了这个问题。蓄热材料的耐久性是指蓄热材料在多次储热和放热循环后保持蓄热性能的能力,其在很大程度上决定了以蓄热材料作为蓄热介质的蓄热系统的经济性和可行性。 以六水合氯化镁(MgCl2·6H2O)、季戊四醇、甘露醇、卵石和导热油等太阳能中温蓄热材料为研究对象,进行不同次数的热循环试验。通过差示扫描量热法(DSC)、X射线衍射法(XRD)以及傅里叶红外光谱(FT-IR)等测试手段测定不同次数热循环后蓄热材料的结构和性能,研究其耐久性。 MgCl2·6H2O的相变温度和相变潜热分别为120.5℃和99.9 J/g;未密封状态下,200次热循环后,MgCl2·6H2O的相变潜热下降了54.2%,并有新相MgCl2·4H2O产生;密封状态下,600次热循环时,MgCl2·6H2O相变温度和峰值温度的变化范围分别在±1%和±4%之内,相变潜热的变化范围在-15.2%~+1.5%之间,凝固过程中几乎没有过冷现象,过冷度在0~2.2℃之间;密封状态下,MgCl2·6H2O是一种很有应用前景的蓄热介质。在应用中,可以选用不锈钢0Cr18Ni9作为MgCl2·6H2O的容器封装材料。 季戊四醇的相变温度为188.2℃,相变潜热为224.3J/g;未密封状态下,100次热循环后,其质量降低了26.5%;密封状态下,12次热循环试验后,季戊四醇起始温度和相变焓分别降低了10.4%和14.4%,在热循环过程中有新物质生成,季戊四醇在应用中不能保持良好的热稳定性。 甘露醇的相变温度为168.5℃,相变焓为252.3J/g,在300.15℃温度以下能够保持良好的化学稳定性;700次热循环试验时,甘露醇起始温度、相变温度和相变焓分别降低了33.3%、10.5%和68.2%,在热循环过程中有新物质生成,甘露醇在500次热循环后(相当于使用一年半)即失效,需更换。 卵石的密度为2.58g/cm3,含泥量为0.26%,比热容为869 J·kg-1·K-1;其主要成分为石英,并在0-1200℃具有良好的化学稳定性。500次热循环试验后,卵石密度、比热容、主要成分和化学稳定性基本没有变化,卵石在应用中具有良好的耐久性。以平均蓄热功率和空气流动阻力作为评价指标,研究不同参数对蓄热床性能的影响,结果表明:卵石床的平均蓄热功率和空气流动阻力随着断面风速和卵石床高度的增大而逐渐增大;随着卵石粒径的增大,其平均蓄热功率和空气流动阻力逐渐减小。在应用中,建议卵石的粒径选为50-100mm,结合蓄热床的各个参数选择合适的断面风速、卵石床高度。 导热油的酸值、运动粘度、残炭和闪点分别为0.027mg/KOH,500.2cst、0.07%和283℃;受热100、200、400、600、800、1000h后导热油的酸值分别为0.072、0.102、0.153、0.187、0.213和0.241mg/KOH,运动粘度分别为501.3、504.3、507.6、511.3、517.5和528.1cst,残炭分别为0.012%、0.07%、0.17%、0.31%、0.45%和0.62%,闪点分别为289、275、275、277、264、258和261℃,随着运行时间的增加,导热油的酸值、运动粘度和残炭逐渐增大,闪点逐渐减小;采用模糊数学原理对导热油的综合指标进行判定,受热100、200、400、600、800、1000h后其综合指标分别为6.27%、10.54%、15.06%、25.56%、34.3%、41.0%,发现其值都小于80%,说明该导热油在受热1000h后仍未失效,相当于使用两年,具有良好的耐久性。