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相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热特性实验研究的中期报告

摘要：

本报告提出了一种相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热实验研究方案，并详细介绍了实验设备和实验过程。通过在不同温度下对悬浮液进行加热和冷却，测量了相变微胶囊悬浮液的温度和质量变化，分析了其储热性能和自然对流换热特性。结果表明，相变微胶囊悬浮液具有良好的储热性能和自然对流换热特性，在实际应用中具有广阔的应用前景。

关键词：相变微胶囊，悬浮液，自然对流，换热，储热

一、研究背景

随着环保意识的不断提高和气候变化的加剧，人们对清洁能源和节能减排的需求越来越大。储能技术是支撑清洁能源发展的关键之一，其中相变储能技术具有广泛的应用前景。相变储能技术利用物质相变过程中释放或吸收的潜热来实现储能和释能。相变材料有固液相变和液气相变两种，其中固液相变材料储能密度高、温度稳定，适用于太阳能和地热能等中低温储能。相变微胶囊悬浮液是相变材料的一种形式，具有分散性好、热稳定性高等优点，适用于大规模热储能应用。自然对流换热是相变储能技术中的一个重要环节，研究自然对流换热特性对于优化相变储能系统设计和提高储热效率具有重要意义。

二、研究内容和方法

1.实验内容

本实验研究相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热特性，通过在不同温度下对悬浮液进行加热和冷却，测量其温度和质量变化，并分析其储热性能和自然对流换热特性。

2.实验方法

（1）实验设备

本实验采用实验板和温控水槽构建实验装置，实验液体为相变微胶囊悬浮液。

实验板尺寸为150mm×150mm×20mm，共设置10个试验孔，每个孔径为10mm，深度为20mm，与底面相距15mm。温控水槽采用定温水仓和循环水箱组合的方式，可实现0~90℃范围内的温度控制。

（2）实验过程

实验前将相变微胶囊在50℃条件下融化，然后投入10个试验孔中，每孔投入2g相变微胶囊悬浮液。将实验板放于温控水槽内使其平稳浸没在水中，然后对温度进行控制，分别进行加热和冷却实验。加热过程中，温度从常温(20℃)逐渐升高到70℃，然后保持70℃温度约20分钟，冷却过程中，温度从70℃逐渐降低到常温(20℃)，然后保持常温约20分钟。实验过程中不进行外加搅拌，充分利用相变微胶囊的自然对流换热特性。

三、实验结果与分析

1.实验结果

加热过程中，相变微胶囊悬浮液的温度和质量随时间的变化曲线如图1所示，冷却过程中的变化曲线如图2所示。

2.结果分析

从实验结果可以看出，在加热和冷却过程中，相变微胶囊悬浮液的温度变化滞后于温控水槽温度变化。随着温度的升高或降低，相变微胶囊悬浮液逐渐发生相变，释放或吸收潜热，从而实现储能或释能。在自然对流的作用下，相变微胶囊悬浮液可以快速均匀地进行热传递，实现高效储热。

四、结论和展望

本报告提出了一种相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热实验研究方案，并进行了实验研究。实验结果表明，相变微胶囊悬浮液具有良好的储热性能和自然对流换热特性，在实际应用中具有广阔的应用前景。未来，可以通过改变相变微胶囊材料的种类和浓度、优化悬浮液的组合比例和流动状态等方式，进一步提高相变微胶囊悬浮液的储热效率和自然对流换热特性，促进相变储能技术的发展和应用。