相变以及相变材料的应用- 热学期末论文

1、 热学期末论文 论文题目：相变以及相变材料的应用 关 键 词：相变、相、相变材料摘 要： 相变就是物质从一种相转变为另一种相的过程。物质系统中物理、化学性质完全相同，与其他部分具有明显分界面的均匀部分称为相。与固、液、气三态对应，物质有固相、液相、气相。 相变材料是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。相变材料实际上可作为能量存储器。 相变以及相变材料的应用相变就是物质从一种相转变为另一种相的过程。物质系统中物理、化学性质完全相同，与其他部分具有明显分界面的均匀部分称为相。与固、液、气三态对应，物

2、质有固相、液相、气相。任何气体或气体混合物只有一个相，即气相。液体通常只有一个相即液相，但正常液氦与超流动性液氦分属两种液相。对于固体，不同点阵结构的物理性质不同，分属不同的相，故同一固体可以有多种不同的相。例如，固态硫有单斜晶硫和正交晶硫两相；碳有金刚石和石墨两相；a铁、铁、铁和铁是铁的4个固相；冰有7个固相。由单一物质构成的多相系统称为单元复相系，如冰水混合物和由不同固相构成的铁等。由多种不同物质构成的系统称为多元系，如水和酒精的混合物是二元系，空气是多元系。多元 系可以是单相的，也可以是多相的。 相变是物质系统不同相之间的相互转变。流动性液氦之间的转变等。 相变是有序和无序两种倾向相互竞

3、争的结果。相互作用是有序的起因，热运动是无序的来源。在缓慢降温的过程中，每当温度降低到一定程度，以致热运动不再能破坏某种特定相互作用造成的有序时，就可能出现新相。 固、液、气三相之间转变时，常伴有吸热或放热以及体积突变。单位质量物质在等温等压条件下，从一相转变为另一相时吸收或放出的热量称为相变潜热。通常把伴有相变潜热和体积突变的相变称为第一类（或一级）相变。不伴有相变潜热和体积突变只是热容量、热膨胀系数和等温压缩系数等的物理量发生变化的相变称为第二类（或二级）相变。例如，在1个大气压0的情况下，1千克质量的冰转变成同温度的水，要吸收79.6千卡的热量，与此同时体积亦收缩。所以，冰与水之间的转换

4、属一级相变。而正常液态氦（氦）与超流氦（氦）之间的转变，正常导体与超导体之间的转变，顺磁体与铁磁体之间的转变，合金的有序态与无序态之间的转变等都是典型的二级相变的例子。相变材料是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。相变材料实际上可作为能量存储器。这种特性在节能，温度控制等领域有着极大的意义。因此，相变材料及其应用成为广泛的研究课题。相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。以固液相变为例，在加热到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，熔化的过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热；当相变材料

5、冷却时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中，所储存或释放的能量称为相变潜热。物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。相变材料可分为有机和无机相变材料，亦可分为水合相变材料和蜡质相变材料，其中无机类主相变材料要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等，有机类相变材料主要包括石蜡、醋酸和其他有机物。我们最常见的相变材料非水莫属了，当温度低至0C 时，水由液态变为固态（结冰）。当温度高于0C时水由固态变为液态（溶解）。在结冰过程中吸入并储存了大量的冷能量，而在溶

6、解过程中吸收大量的热能量。冰的数量（体积）越大，溶解过程需要的时间越长。这是相变材料的一个最典型的例子。近年来，复合相变储热材料应运而生，它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。因此，研制复合相变储热材料已成为储热材料领域的热点研究课题。但是混合相变材料也可能会带来相变潜热下降，或在长期的相变过程中容易变性等缺点相变材料在建筑上应用最为广泛，其中最重要的就是相变储能建筑材料。相变储能建筑材料兼备普通建材和相变材料两者的优点，能够吸收和释放适量的热能；能够和其他传统建筑材料同时使用；不需要特殊的知识和技能来安装使用蓄热建筑材料；能

7、够用标准生产设备生产；在经济效益上具有竞争性。 相变储能建筑材料应用于建材的研究始于1982年，由美国能源部太阳能公司发起。20世纪90年代以相变材料处理建筑材料(如石膏板、墙板与混凝土构件等)的技术发展起来了。随后，相变材料在混凝土试块、石膏墙板等建筑材料中的研究和应用一直方兴未艾。1999年，国外又研制成功一种新型建筑材料固液共晶相变材料，在墙板或轻型混凝土预制板中浇注这种相变材料，可以保持室内温度适宜。另欧美有多家公司利用相变材料生产销售室外通讯接线设备和电力变压设备的专用小屋，可在冬夏天均保持在适宜的工作温度。此外，含有相变材料的沥青地面或水泥路面，可以防止道路、桥梁、飞机跑道等在冬季

8、深夜结冰。用于建筑围护结构的相变建筑材料的研制，选择合适的相变材料至关重要，应具有以下几个特点：（1）熔化潜热高，使其在相变中能贮藏或放出较多的热量；（2）相变过程可逆性好、膨胀收缩性小、过冷或过热现象少；（3）有合适的相变温度，能满足需要控制的特定温度；（4）导热系数大，密度大，比热容大；（5）相变材料无毒，无腐蚀性，成本低，制造方便。 在实际研制过程中，要找到满足这些理想条件的相变材料非常困难。因此，人们往往先考虑有合适的相变温度和有较大相变潜热的相变材料，而后再考虑各种影响研究和应用的综合性因素。 就目前来说，现存的问题主要在相变储能建筑材料耐久性以及经济性方面。耐久性主要体现在三个方面：相变材料在循环过程中热物理性质的退化问题；相变材料易从基体的泄漏问题；相变材料对基体材料的作用问题。经济性主要体现在：如果要最大化解决上述问题，将导致单位热能储存费用的上升，必将失去与其他储热法或普通建材竞争的优势。相变储能建筑材料经过20多年的发展，其智能化功能性的特点勿容置疑。随着人们对