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相变微胶囊悬浮液在热输运中应用的研究进展

更新时间:2009-03-28

近年来,随着能源供给与需求矛盾的日益突出以及节能减排要求的提高,能量的储存与输运受到国内外的广泛关注,其中,开发高效储热与热输运介质是能源领域的研究热点。相变微胶囊悬浮液是将相变微胶囊分散到单相流体中形成的功能热流体,其封装在微胶囊壁材中的相变微粒具有较大的相变潜热,能大幅提高储、载热密度,且相变过程在微胶囊内部进行,不会发生相变材料泄漏及团聚等问题。该类材料具有流动性,能实现热量的储存与热输运一体化,极大地拓展了相变材料的应用[1-6]。根据相变温度不同,相变微胶囊悬浮液在暖通空调、太阳能热利用、电力电子及动力设备散热等领域具有广泛的应用前景。虽然相变微胶囊悬浮液具有上述诸多优点,但由于相变微粒的添加,相变微胶囊悬浮液固、液两相存在密度差,其稳定性一直是研究者关注的重点。同时,相变微粒也增加了流体的黏度,使输运阻力增加。本文围绕相变微胶囊悬浮液热输运过程中的关键问题,阐述了相变微胶囊悬浮液稳定性基本现状及提高稳定性的方法,综述了其流动阻力特性及热输运特性,分析了相变微胶囊悬浮液单位泵耗的热输运能力。最后介绍了相变微胶囊悬浮液在热输运中的潜在应用及效果。

2.1 一般资料 32例患儿中,平均胎龄(28.83±2.41)周,出生体重(854.53±107.77)g,其中单胎20例,双胎12例,剖宫产15例,自然分娩17例;辅助生育患儿共8例,占总病例数的25%,存活者6例,存活率75%,女性存活率占62.5%(5/8)。存活者出院时矫正胎龄(36.6±1.7)周。

1 相变微胶囊悬浮液的稳定性

良好的稳定性是相变微胶囊悬浮液能够实现热输运的前提。相变微胶囊悬浮液的稳定性包括静置稳定性和循环稳定性两方面。由于固、液两相存在密度差,相变微胶囊悬浮液静置一段时间会出现分层。虽然相变微胶囊悬浮液在输运过程中在一定程度上能够促进相变微粒与基液的混合,但是静止稳定性太差会影响流体的均匀性,尤其会影响到低速条件下的输运性能,甚至会堵塞管道或阀门。同时,相变微胶囊悬浮液需要通过泵送才能实现热量输运,相变微胶囊在泵内需要承受一定的压力,机械强度太低会破碎,其循环稳定性在输运过程中至关重要。本文将从静置稳定性及循环稳定性两方面进行阐述。

综上所述,本文针对F市H社区的公共消防安全供给问题进行描述和分析,根据H社区当前公共安全服务供给的现状,以及在探索新模式的过程出现的一些问题,提出了公共消防安全联动机制供给的新思路。 城市公共安全服务供给的总体趋势是社会化多元主体共同供给,从“指令型”逐步向“开放型”社会联合供给模式转变,社区居委会和消防中介组织是其中不可或缺的参与力量,只有体制内和体制外两股力量形成合力,里应外合,形成三位一体的联动机制,才能满足人民群众日益增长的多样化公共消防安全需求,提高基层政府供给效率和能力,使得基层的公共消防安全的供给真正服务于人民、受惠于民。

1.1 静置稳定性

为了将微胶囊悬浮液制备成均匀、稳定的流体,提高其静置稳定性,通常通过搅拌(或超声振荡)、添加表面活性剂及减少相变微粒与基液的密度差来实现。

表1列出了相变微胶囊悬浮液的分散方法及静置稳定性情况。从表1可以看出,相变微胶囊的芯材以石蜡为主,壁材以脲醛树脂、蜜胺树脂等聚合物为主,基液以水为主。目前大多通过超声空化将相变微胶囊分散在基液中,相变石蜡的密度小于水,聚合物壁材密度大于水,但由于相变微胶囊与水存在密度差,有研究者通过调节基液密度来减少两者的密度差,如丙醇水溶液。尽管如此,由于相变微粒的粒径不一致,颗粒之间密度也存在差别,通过该方法也很难实现两者密度完全一致。因此,通过调节密度差实际效果也很有限。由表 1可以看出,利用表面活性剂的亲水亲油特性,实现相变微粒的分散,同时辅以超声空化,效果较为理想。以上分析可以看出,采用单一方法很难实现良好的静置稳定性,同时采用上述 3种方法,即添加一定的表面活性剂后同时超声振荡,同时调节基液的密度,是目前最佳分散方法。

在此次实验中,所有的数据均放置在SPSS20.0统计学软件中进行分析,计量资料和计数资料分别采用t和X2检验,当p<0.05,则为统计学意义。

1.2 循环稳定性

2002年,日本成田机场在空调冷却系统中采用相变微胶囊悬浮液,晚上蓄冷,白天释冷,采用普通离心泵进行输送。该相变微胶囊的粒径为2μm,芯材为石蜡,相变温度为 8℃,相变潜热值为75.9kJ/kg,储液箱高24.7m,直径为7.4m,与原系统相比,运行费用降低32%[38]

建筑面积的大小是影响造价成本波动的根本因素。对于建筑面积较小的工程,工程造价成本的预估难度相对来说就小很多,且预估造价与最终决算费用的误差也较小。而对于建筑面积较大的工程,受建筑材料、人工费用等因素价格波动影响,其最终的造价成本预估也较难控制。

ALVARADO等[15]对粒径为2~10μm的相变微胶囊经泵循环1200次,发现微胶囊并没有明显的破损。GIRO-PALOMA等[16]对DS5045X型微胶囊悬浮液在21~28℃范围内进行了泵送实验。循环5000次与7000次时样品的pH分别为7.23、7.36,pH变化很小。VORBECK等[17]在5m3储热箱内对微胶囊悬浮液(微胶囊尺寸为2μm)进行了储放热输运试验,在离心泵泵送作用下循环了100000次,未发现微胶囊破碎。

 

表1 相变微胶囊悬浮液的静置稳定性

  

研究者 芯材/壁材 分散液 分散方法 稳定性刘丽等[7] 二十六烷/蜜胺树脂 丙醇水溶液 磁力搅拌+超声振荡 48h不分层吕珊[8] 石蜡混合物/三聚氰胺甲醛树脂 丙醇水溶液 高速剪切乳化+恒温磁力搅拌+超声振荡 静置24h不分层ZHANG等[9] CA(葵酸)、ELA(月桂酸)、十六醇 蒸馏水 表面活性剂 常温储存一个月,储存稳定性表现优异ZHANG等[10] 石蜡混合物/甲基丙烯酸甲酯 去离子水 磁力搅拌器+超声振荡 静置2个月无任何沉降或絮凝DELGADO等[11] 石蜡/微胶囊聚合物 水 — 静置10000min后悬浮率达到90%沈泰龙[12]十二醇/2574-PU 去离子水 超声振荡 储存7天絮凝率达3.2%仇中柱等[13] 十八烷/密胺树脂 水 磁力搅拌+超声振荡 pH为8时不发生分层和团聚现象

  

图1 微胶囊的SEM图像

除上述因素外,有研究者通过实验发现,当添加表面活性剂时,相变微胶囊悬浮液能从非牛顿流体转变为牛顿流体[30]。此外,相变微胶囊悬浮液在泵送过程中,相变微胶囊破裂导致相变材料发生泄漏也会增大其黏度。因此,相变微胶囊悬浮液的流变特性较为复杂,其量化分析还需要深入研究。

詹建[31]研制了复合相变石蜡微胶囊悬浮液,并进行了管内流动实验研究,获得了普通微胶囊悬浮液与复合微胶囊悬浮液的压降规律(图2)。实验结果表明,同一温度点下,普通微胶囊悬浮液和复合微胶囊悬浮液随着浓度的增加,阻力也增加。

2 相变微胶囊悬浮液的流动阻力特性

相变微胶囊的添加增加了基液的黏度,从而使微胶囊悬浮液的流动阻力增加。国内外学者从相变微胶囊悬浮液的黏度、压降等方面进行了流动阻力特性研究。

2.1 黏度

黏度直接影响到相变微胶囊悬浮液的流动特性。表 2列出了不同浓度下相变微胶囊悬浮液的黏度。由表2分析可知,相变微胶囊悬浮液的黏度与载流体、微胶囊含量、微胶囊粒径及微胶囊壁面粗糙度有关。作为热输运介质,黏度直接决定流体的压降与泵耗。高黏度会增加压降,从而增加泵耗。此外,高黏度会削弱流体的湍流程度,从而降低传热系数。更为严重的是,相变微胶囊悬浮液的黏度随温度降低而迅速增大,在放热过程中容易堵塞热交换器管道。当质量分数小于30%时,相变微胶囊悬浮液一般可看作牛顿流体。根据微胶囊质量分数的不同,其黏度差别较大,一般为水的数倍至数十倍。相变微胶囊悬浮液在低浓度时一般看作是均质流体,可用式(1)描述[29]

 

表2 相变微胶囊悬浮液的黏度

  

研究者 所用材料 质量分数 黏度吕珊[8] 丙醇/水为基液和MPCM28相变微胶囊颗粒 25%~40% 25~450mPa·s(25℃)ZHANG等[9] 葵酸(CA)、月桂酸(ELA)和十六醇 30% 0.2Pa·s(25℃)ZHANG等[10] MEPCM和多壁碳纳米管 10% 0.01Pa·s(25℃)DELGADO等[11] 石蜡和微胶囊聚 合物 14%,20%,30%,42% 10~70Pa·s(27℃)刘丽[19] 丙醇水为基液的相变微胶囊悬浮液 10%~30% 3~15mPa·s(25℃)宋思洪等[20] 表面镀铜改性的正二十烷-蜜胺树脂微胶囊 10%、15%、20% 2.5~5.5mPa·s(40℃)LU等[21] 石蜡混合物微胶囊+水 30%RT6+ 6%RT25 0.01Pa·s(30℃)FU等[22] 正十四烷@聚苯乙烯二氧化硅 1%~5% (1.9~2.4)×10-3 Pa·s(10℃)YANG等[23] 石蜡为芯材PMMA或PEMA为外壳 40% 12.58mPa·s(25℃)NAKAHIRA等[24] 石蜡为芯材三聚氰胺树脂为外壳 14% 4~5mPa.s WANG等[25] C16H33Br为芯材氨基塑料为外壳 27.6% 1.57~8.42mPa·s(20℃)ZENG等[26] C16H33Br为芯材氨基塑料为外壳 15.8% 1.54~3.32mPa.s(20℃)GSCHWANDER等[27] 石蜡为芯材PMMA为外壳 50% 500mPa·s ROYON等[28] 共混石蜡C12~15为芯材SBS为外壳 7.5%~30% 12.58~15.21mPa·s(25℃)

 

式中,ub、uf分别为相变微胶囊悬浮液与基液的黏度;A与微胶囊形状、粒径、粗糙度等有关,需要实验确定其参数。

CHOW 等[18]采用溶胶法制备了二氧化硅包覆铟的纳米相变胶囊,并将其分散在聚 α烯烃油(PAO)中,该浆体在微通道热交换器的实验结果表明,5000次循环后,表现出了非常一致的热性能。除了针对泵送循环稳定性的研究外,ZHANG等[9]还对 PCSs相变浆进行冷热交替循环实验,循环温度梯度从0℃到30℃。结果表明,循环100次后,相变微胶囊悬浮液相变温度、相变潜热值均未发生明显变化,表明其在加热冷却循环过程中稳定性也较好。

与基液相比,相变微胶囊悬浮液的黏度增加会提高其输运阻力,一般在测定黏度的基础上,通过泵送实验研究其压力损失情况。

综上所述,遵循作物的生长特性,根据土壤的具体情况,还要考虑天气的情况进行科学合理施肥。施肥合理不仅可以提高作物的产量,产物品质也会相应提高,但是如果施肥不当不仅作物的产量会收到影响,同时也会污染环。因此,强化措施切实做好科学施肥是至关重要的。

2.2 压降

压降能直接反映相变微胶囊悬浮液的阻力特性。国内外学者对水平圆管内相变微胶囊悬浮液的压降进行了全面研究。近年来,随着微通道技术的发展,有学者对微通道内相变微胶囊悬浮液的压降进行了研究。

由以上分析可知,不同方法制备的相变微胶囊悬浮液循环稳定性差别较大,微胶囊的粒径越大,则在热输运过程中微胶囊壁越容易破裂,因此,减小粒径或增加壁材机械强度可以提高悬浮液的稳定性。随着微胶囊制备技术的发展,其壁材的机械强度已经能够满足长时间泵送要求,商业化大规模制备的微胶囊悬浮液基本能满足实际需要,但包覆不同壁材的微胶囊循环性能比较其在不同泵内的适应性还需要深入研究。

  

图2 不同温度点下微胶囊悬浮液的管内压差与流速关系[31]

经过市场的不断开拓及产品的不断研发,如今FA16-T设备已在民航空管行业广泛应用。该产品成熟稳定,可靠性、实时性高,在专用综合业务传输市场占有了极大的份额。在近期的民航通讯网项目中,中南地区和西北地区均采用了FA16-T设备,其功能与稳定性受到了一致好评。

随着微通道技术的发展及应用,国内外学者在微通道内对相变微胶囊悬浮液进行了流动阻力特性测试。WANG等[34]研究了体积分数为1%与2%的相变微胶囊悬浮液在微通道内的阻力特性。微通道结构实验如图3所示,压降测试结果如图4所示。结果表明,由于微通道流动区域的小尺寸效应,无论处在何种热流密度下,微胶囊悬浮液的压力损失都很大,压力损失与流量近似成正比。由于温度升高会降低黏度、提高相变微胶囊悬浮液的流动性,有助于降低压力损失。

  

图3 平行微通道示意图[34]

  

图4 压力损失与雷诺数的关系[34]

饶宇等[35]对相变材料微胶囊(MEPCM)-水悬浮液在矩形小通道内的层流流动摩擦阻力特性进行了实验研究。结果表明,在流速低于0.8m/s时(Re≈2000),水和为 5% MEPCM悬浮液的流动压降没有明显的区别。而在整个流速范围内,MEPCM 悬浮液的压降随着流速的增加而增加,也随着MEPCM浓度的增加而增加,并且浓度越大,流动压降增加的越显著。在流速 um=0.8m/s时,质量分数为5%的MEPCM悬浮液的流动压降比水高约11%,10%的悬浮液比水高约34%,15%的悬浮液比水高约 67%,20%的悬浮液比水高约132%。实验还发现悬浮液中MEPCM质量分数的增加抑制了悬浮液流动中紊流的产生。当MEPCM质量分数超过10%时,在Re≈2000时,悬浮液层流向紊流的转换没有明显发生;而低浓度的MEPCM悬浮液流动在Re≈2000时发生了明显的流动转换。

周玉帅[41]将微胶囊相变材料流体作为载冷剂,用于干盘管系统中,提出微胶囊蓄冷同干盘管系统相结合的微胶囊蓄冷空调系统,其有效比热容为水比热容的2~20倍,阻力约为水的2倍,但所需要的质量流量明显低于水。同时它还具有蓄冷空调对电力负荷“削峰填谷”、利用低谷电价的优势,与水蓄冷、冰蓄冷相比,其运行费用更低。

陈斌娇等[32]对以溴代十六烷(C16H33Br)为芯材的相变微胶囊悬浮液进行了管内流动特性测试。实验结果表明,与水相比,相变微胶囊悬浮液(15.8%)的压降增加不大,在高流速下甚至低于水,作者解释是由于微胶囊颗粒抑制了流态向湍流方向发展,与水相比,单位长度压降可降低 26.7%(um=1.3m/s)。HASAN[33]研究发现,体积分数的增加使黏度增加,从而使压降增大。

3 相变微胶囊悬浮液的热输运性能

与水相比,由于相变微粒的储热作用,其载热密度大,但相变微胶囊的黏度也大于水,使得其流动阻力大,泵耗增加。相变微胶囊悬浮液的热输运性能需要考虑上述两方面影响因素,通常用输送同等热量条件下的泵耗来分析其热输运能力。

VORBECK等[17]在5m3储热箱内对微胶囊悬浮液进行了储热能力试验。当温度区间在 19~27℃时,5m3储热箱储水时,储热量为49.5kW·h,温差为8.7℃(18.6~27.3℃);当采用PCS时,储热量为 86.1kW·h,温差为 8.2℃(19.1~27.3℃),PCS储热量比水大 74%,此时水的温差比 PCS还大0.5℃。由于储存了更多热量,PCS的泵耗是水的5倍,储存同等热量时泵耗是水的2.7倍。水的泵耗占储存热量比为0.86%,PCS为2.47%。当温度区间在 23~27℃时,5m3储热箱储水时,储热量为24.7kW·h,温差为 4.5℃(23~27.5℃);当采用 PCS时,储热量为 52.9kW·h,温差为 3.9℃(23.2~27.1℃),PCS储热量比水大114%,由于储存了超过水2倍的热量,PCS的泵耗是水的5.5倍。储存同等热量时,泵耗是水的2.2倍。水的泵耗占储存热量比为1%,PCS为2.75%。

DELGADO等[11]提出了用式(2)来比较相变微胶囊悬浮液与水的输运能力。

 

实验研究结果表明,输送相同的热量时,相变微胶囊悬浮液的泵耗小于水。其中水与相变微胶囊悬浮液在不同输送热量下的泵功如图5所示。

Gerber等曾提到:最理想的修复来源于坚强的初始内固定强度、最小化的裂隙和直到坚强愈合都能保持机械稳定性。因此对于肩袖分层撕裂,如何获得最佳稳定和防止撕裂复发成为治疗主要目标[7]。

  

图5 相变悬浮液和水的输送热与泵功的关系[11]

赵兵全等[36]介绍了一种在空调系统具有应用前景的微胶囊相变悬浮液,质量分数为15%时,载冷能力是水的两倍多,可大幅度提高换热器的传热性能和空调系统的运行效率,达到节能的效果。KONG等[37]测试了在不同流量下相变微胶囊悬浮液和水的热负荷以及泵耗比。实验结果表明,与水相比,当采用套管式换热器时,微胶囊悬浮液的热负荷与泵耗比提高了34%。

由以上分析可知,由于相变微粒的储热作用,与基液(一般为水)相比,其储热及载热能力大为提高。虽然同一流速下,相变微胶囊悬浮液的泵耗大于基液,但由于其载热密度大,泵耗占输运中的载热量比例较小,因而采用相变微胶囊悬浮液作为热输运介质时,单位泵耗的载热量大,具有较大的节能意义与应用潜力。近年来,有些研究者开始尝试对微胶囊悬浮液降阻的研究,吕珊[8]将CTAC/Na Sal作为减阻剂添加到微胶囊悬浮液中,CTAC/NaSal质量分数为0.0015%时,降阻率可以达到 3.85%。该研究方向对于减小微胶囊悬浮液的黏度、降低压差和减少泵耗具有积极意义。

4 相变微胶囊悬浮液的应用

相变材料种类繁多,相变温度范围分布较宽,与相变温度匹配的很多领域具有应用潜力。根据相变温度不同,相变微胶囊悬浮液的应用范围很广,目前主要集中在暖通空调、太阳能热利用、电力电子与动力设备散热3方面。

若要发挥西方文论的有效性,使其有助于认识、解读我们的文学现实和文学作品,不仅要理清“它是什么”,还要思考“它为什么”和“它有哪些现实所指”。否则,西方文论便不会成为构建具有中国特色的文艺理论的有力工具。有鉴于此,解决当前中国文学批评问题的首要任务,在于解决文学批评的主体性问题。重建中国文学批评的主体精神,是建设具有中国特色文学批评的重要途径。只有在恰当合理的主体意识和主体能动性的驱使下,当代中国文学批评建设才能够走向良性发展的道路。

4.1 暖通空调领域的应用

由于空调系统能耗较大,为了降低能耗,相变微胶囊悬浮液作为储、传热介质受到广泛关注。

相变微胶囊悬浮液通过泵作用后微胶囊壁可能会破裂,因此需要通过流体循环实验来检验其循环稳定性,一般通过外观及循环前后的性质来反映微胶囊悬浮液的循环稳定性。GSCHWANDER等[14]认为微胶囊的稳定性受泵的高剪切速率影响最大,并提出通过对BASF微胶囊进行改性,达到了长期泵送稳定性的目的。如图1所示,图1(a)为未改性相变微胶囊,循环几周后发现大量破损的微胶囊;图1(b)为改性后的微胶囊,其悬浮液泵送数周后仍然完整。

GRIFFITHS等[39]在冷却吊顶系统中采用BASF公司生产的相变微胶囊悬浮液,该相变微胶囊熔化相变温度为 18℃,与冷却吊顶系统工作温度(16~18℃)匹配。相变微胶囊粒径为 2~8μm,分散在水中制备成40%的悬浮液。实验结果表明,该相变微胶囊悬浮液循环数周未发生沉积,与水相比,可以降低系统流量,从而降低泵耗。

DIACONU等[40]对石蜡(RT6)进行微胶囊化,制备成45%的相变微胶囊悬浮液,并对其在空调系统中储冷应用进行了评价。

以上分析表明,无论在管内还是微通道内,微胶囊悬浮液的压降与黏度、流速均有关,部分研究者发现微胶囊微粒在一定程度上能抑制流动向湍流方向转变,甚至能起到减阻作用,但其机理、条件及适用性仍需要进一步深入探索。

4.2 太阳能热利用领域的应用

在太阳能热利用方面,与其工作温度相匹配的相变微胶囊悬浮液在太阳能集热器内的应用也具有优势。

她没有说下去,但是我明白过来了,为什么我一进他们家门,萍萍就不知所措,因为林孟没有在家,萍萍的紧张与不安就是因为我,一个不是她丈夫的男人和她单独在一间屋子里,同时我也知道林孟是个什么样的人了,我对他说:“我以前还以为你是一个宽宏大量的人,没想到你是个斤斤计较,醋劲十足的人。”

ZHANG等[42]在太阳能收集器系统中使用相变微胶囊悬浮液,实验结果表明,它可以促进自然对流传热(缩短了储热时间),在太阳能利用过程中可以减少泵的设备尺寸和功耗。

房文博等[43]以相变微胶囊悬浮液作为循环管路中的工质,研制了一种相变蓄热型太阳能集热放热装置。利用相变材料蓄热,性能稳定,占用空间小,避免了常规加热水箱体积大、成本高、难以与建筑一体化等缺点。放热时,由于液态工质与盘管换热器接触面积大且微胶囊自身存在微对流,提高了换热效率,最终可提高出口水温。

LIU等[44]制备了相变温度为50.5℃、相变潜热值为90.8J/g的相变石蜡微胶囊,并将其分散在离子液体中,储热能力是离子液体的2倍,在直接吸收式太阳能集热器中具有很好的应用前景。

4.3 电力电子与动力设备散热方面的应用

随着电子设备微型化及动力设备紧凑化发展,且性能要求日益提高,其单位面积散热功率越来越高,亟需高载热密度的传热介质。

谢灵运的山水诗创作对诗歌艺术发展的影响深远,一方面,“在体物的方法上,奠定了后世山水、景物一类的诗歌表现原则”[14](P129);另一方面,“在哲学思想上,部分地受到道家自然观及佛教顿悟学说的影响,所以他的诗歌艺术观念中也有一种趋向自然美的倾向,使他能够对魏晋人工派的单纯的追求形式、雕刻之美的观念有所拔脱”[14](P131)。

WANG等[45]提出了采用相变材料微胶囊悬浮液作为人体冷却服的冷却介质。该微胶囊悬浮液在液冷服中的实验结果表明,入口温度、流量及微胶囊浓度是影响液冷服的关键参数,当入口温度为11℃、质量流量为200g/min、微胶囊质量分数为20%时,与水作为传热介质相比,微胶囊悬浮液液冷服的散热能力提高26%,泵耗没有明显增加。

常规的基于航拍技术的景观评价系统建立有其特定的程序框架:评价对象的选择确定—景观数据采集—数据整理—数据分析评价。借助现代航空模型以及航拍技术,景观评价系统可以更新成为:选定参照系统—对象数据收集—对象数据传输—对象数据处理—对象评价。

SABBAH等[46]将微胶囊相变材料(MEPCM)用于大功率电子器件散热用的微通道散热器,结果表明,在100W/cm2和500W/cm2的热流率下,传热系数显著增加,与水相比,泵送功率更低,电子设备的温度更均匀。CHOW等[47]也将相变微胶囊悬浮液作为传热流体,解决了海军船只上的绝缘双极型晶体管和单片微波集成电路等高热流设备的散热问题,研究得出相变微胶囊悬浮液的有效比热容最高可达水的5倍。

针对动力电池热管理系统,ZHANG等[48]设计了一种基于相变微胶囊悬浮液的循环冷却/加热系统,该系统采用了两种悬浮液,在冷却系统中采用相变温度为 28℃的十八烷,在加热系统中则采用相变温度为9.9℃的十五烷。当冬天气温较低时,十八烷发生固-液相变吸收电池箱内的热量,并通过相变微胶囊悬浮液的循环将热量释放到驾驶室;而夏天温度较高时,十五烷发生固-液相变吸收驾驶室的温度,通过循环到达电池箱,并在电池箱中完成液-固相变,把热量释放到电池箱内为电池加热。

HASAN[49]以250kV·A变压器作为研究模型,变压器油基相变微胶囊悬浮液(体积分数5%~25%)代替变压器油,相变温度为43.8~50.6℃,相变芯材的体积分数为70%,研究表明,采用相变微胶囊悬浮液能降低变压器温度,提高冷却性能。

本文作者课题组[50-51]提出了相变微胶囊悬浮液在发动机冷却系统的应用构想,并研制了温度区间在78~85℃的微胶囊悬浮液,通过微胶囊悬浮液在管内的流动实验结果表明,该微胶囊与水相比,最大可节省43%的泵耗。

酱油加工过程中经过蒸煮、发酵、灭菌等工艺,且产品均为高盐高渗透压,个别产品菌落总数污染水平较高,检出金黄色葡萄球菌和沙门氏菌,提示相关企业加工过程的卫生学控制存在问题,尤其是可直接食用(凉拌)的餐桌酱油的污染对人体的健康风险值得关注。

随着研究的深入,相变微胶囊悬浮液将在更多领域具有应用前景。

5 结语

目前,相变微胶囊悬浮液的质量差别很大,国外已有公司(如德国BASF公司)能批量生产相变微胶囊悬浮液,其低成本大规模制备仍是未来的研究重点。在此基础上,针对具体应用背景,开发相变温度与不同应用场合相匹配的微胶囊悬浮液热输运系统,深入开展其流动与传热特性研究,掌握其热输运特性,将其推向大规模商业化应用,是未来的发展趋势。然而,要将相变微胶囊悬浮液推向大规模应用,以下问题还需要深入研究。

(1)稳定性 为了提高相变微胶囊悬浮液静置稳定性,需要结合当前各种方法的优势,遴选合适的表面活性剂,辅以超声振荡,同时减小基液与相变微胶囊的密度差。为了提高相变微胶囊悬浮液的循环稳定性,需要提高相变微胶囊壁材的机械强度,同时减小相变微胶囊的粒径。

(2)阻力特性 相变微胶囊悬浮液的输运阻力主要受其黏度影响。而相变微胶囊悬浮液的黏度与微胶囊的粒径、质量分数及分散方法均有关系。因此,要降低相变微胶囊悬浮液的输运阻力,必须制备粒径较小的相变微胶囊、选取合理的质量分数,同时加以合理的分散方法。此外,相变微胶囊悬浮液的阻力还与温度、流速有关,需要通过实验确定最佳温度、流速范围,才能最大限度降低其阻力。

(3)热输运能力 要提高相变微胶囊悬浮液的载热密度,需要遴选潜热值较大的芯材,同时在保证强度的前提下,提高芯壁比,以提高相变微胶囊的潜热值。此外,在流动阻力增加不大的前提下,尽可能选用浓度较大的相变微胶囊悬浮液,提高其载热能力。

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刘小诗,邹得球,贺瑞军,申俊锋,郭江荣,胡志钢,胡云平,刘默
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