1 引言

　　近年來(lái)，我國城市白天電力能耗逐年增加，而夜間耗電量小且電價(jià)便宜，“削峰填谷”是解決這一問(wèn)題的一種途徑。目前，多種蓄冷系統被廣泛使用來(lái)消減白天耗電量并蓄積冷量。但是，除了冰晶制冰方式（需要專(zhuān)門(mén)的動(dòng)態(tài)制冰機）以外，各種固態(tài)蓄冰方式（包括冰球）的蒸發(fā)溫度至少要達到-8 ~ -10℃或者更低，與之配套二次冷媒的溫度也必須在-6℃以下，這使得大量蒸發(fā)溫度在零上的高效冷水空調機組無(wú)法，而且蒸發(fā)溫度越低，制冷系數也越低，電耗就會(huì )越大[3].潛熱型功能熱流體則不然，它的蓄冷溫度可以與空調工況吻合得很好，同時(shí)蓄積大量冷量。

　　潛熱型功能熱流體是由特制的相變材料微粒（尺寸為μm量級）和單相傳熱流體水混合構成的一種固液多相流體，分為相變乳狀液和微膠囊乳狀液[1].相變乳狀液將相變材料直接分散在水中形成乳液，其傳熱性能優(yōu)于微膠囊乳狀液，但是易堵塞管道；微膠囊乳狀液是用高分子聚合物包裹相變材料形成微囊，該微囊被分散在水中又形成乳液，由于有聚合物外殼包裹，微膠囊乳狀液不易堵塞管道，但傳熱性能要遜于相變乳狀液。潛熱型功能熱流體的蓄冷密度比較大，材料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，最獨特的地方還在于乳液發(fā)生相變前后都能夠保持流動(dòng)狀態(tài)，這為實(shí)現蓄釋冷過(guò)程中的強化傳熱創(chuàng )造了條件。借助對流與導熱相似理論，我們已經(jīng)建立了功能熱流體管內湍流流動(dòng)的內熱源模型, 并指出了潛熱型功能熱流體換熱強化的物理機制[4-10].

　　天津大學(xué)趙鎮南[11-12]、日本的H. Inaba等[13]對相變材料為十四烷（C14H30，融點(diǎn)5.8℃，潛熱229kJ/kg） 的相變乳狀液的熱物性進(jìn)行了初步的探索。本文系統的介紹了十四烷為相變材料的相變乳狀液的相變性能。嘗試了新相變材料“十四烷與十六烷的二元混合物”，測量了其相變溫度和潛熱，并尋找到溫度適宜的相變材料。通過(guò)添加乳化劑制備了20wt%新相變材料的乳狀液，測量了相變乳狀液的相變溫度和潛熱。

　　2 以十四烷為相變材料的相變乳狀液

　　相變材料十四烷C14H30：購自遼寧省撫順市撫順化工廠(chǎng)。

　　2.1 相變材料十四烷的相變溫度與相變熱的確定

　　2.1.1 DSC測量方法

　　用DSC2910示差掃描量熱儀測定熱特性，用高純標準樣品校準溫度及熱焓，高純氮氣保護，氮氣流量為50mL/min，試樣量為1～3mg，掃描溫度范圍為-30 OC～ 30 OC.測量時(shí)先從30 OC降溫至-30 OC，再重新升溫至30 OC，十四烷質(zhì)量為1.800mg, 加熱和冷卻速率為5OC/min，升降溫過(guò)程融解熱基本相同，降溫過(guò)程為207.61J/g，升溫過(guò)程為192.62J/g，接近理論潛熱229J/g.但升降溫過(guò)程相變溫度有顯著(zhù)差異，十四烷的融點(diǎn)為5.39 OC,比較接近理論值5.8 OC,而降溫過(guò)程則由于DSC測樣量過(guò)少（僅為1.800mg），發(fā)生了明顯的過(guò)冷，凝固點(diǎn)僅為1.68 OC.

　　2.1.2 參比溫度法原理及測量結果

　　根據參比溫度法原理[2]，自行搭建了實(shí)驗臺，測量了相變材料降溫過(guò)程的凝固點(diǎn)。

　　測試裝置如圖1所示。熱針指銅－康銅型熱電偶（直徑0.5mm），沿中心軸線(xiàn)方向放在針狀套管中,測溫精度±0.3℃。熱針與HP34970A數據采集儀連接，通過(guò)PC機來(lái)記錄相變材料的溫度變化。相變材料和水分別放在相同規格的試管（試管的半徑為6mm，管長(cháng)為10.5cm）內，它們在試管中的Bi數（Bi=hR/2k，R為試管半徑，k為相變材料的導熱系數，h為試管外空氣的自然對流換熱系數）均小于0.1，故可認為試管內液體溫度是均勻一致的，其傳熱分析可采用集總熱容法。

　　測量時(shí)，先將裝有液體PCM、水、空氣的試管放入恒溫箱（或冰箱）中，恒溫箱初始溫度To>Tm（相變材料的相變溫度），溫度達到To后，調節恒溫箱的溫度，使其以1℃/min的速度降至0℃左右。PCM在降溫過(guò)程中發(fā)生凝固，凝固溫度記錄在HP數據采集儀中。

　　選用合適的十四烷與十六烷的混合物作為相變材料，可以將相變乳狀液的溫度控制在空調冷凍水工況7℃~12℃之間，從而改善了相變乳狀液的熱性能。