混凝土的水化悬浮相变微小颗粒分析光学显微镜

相变导热流体强化传热原因分析

  相变材料微胶囊悬浮液在相变温度区间内具有比水更高的传热
能力，其原因包含以下三个方面。
  (1)微胶囊中所包含的芯材在外界环境温度达到相变温度后发
生固一液相变，在此过程中会吸收大量的热量，从而使相变材料微
胶囊悬浮液在相变温度区间内比相同质量的水吸收更多的热量，表
现为在此温度范围内具有更高的平均比热，使悬浮液在相变温度区
间内具有更高的导热能力。
  (2)在相变材料微胶囊悬浮颗粒作用下，液体中较热的部分和
较冷的部分通过微循环流动使温度趋于均匀，即悬浮颗粒的微对流
效应。微小颗粒在液态体系中的微对流效应强化了悬浮液的导热性
能，使相变材料微胶囊悬浮液的平均流动传热系数高于水，从而能
够有效降低通道壁面的温度。
  (3)悬浮的相变材料微胶囊微小颗粒的横向运动能够破坏贴近
壁面处的层流子层，相当于降低了隔热层的厚度，能够有效地降低
管道壁面的温度，进而增强悬浮液的导热性能。
  通过以上分析可知，相变材料微胶囊悬浮液强化传热的原因是
多方面的，主要与PCM发生固一液相变吸热相关，同时还与相变材
料微胶囊颗粒的微对流效应及其横向运动相关，这三方面共同作用
，均有利于提高相变材料微胶囊的传热能力。

  相变导热流体降低混凝土的水化热温升的效果

  相变导热流体在相变温度区间具有比水更高的比热。所以，在
混凝土浇筑后的温升范围与相变导热流体的相变温度区间一致的前
提下，在冷却液的升温幅度相同时，相变导热流体会比水吸收更多
的热量，这可使混凝土的内部温升得到更大幅度的降低，取得更好
的温控效果；如果在大体积混凝土结构内部获得相同的降温效果，
即在冷却液吸收的水泥水化热相同时，相变导热流体的温升幅度会
低于水。这样在两种冷却介质的出口温度相同时，相变导热流体的
人口温度会高于水，从而使混凝土基体与冷却介质之间的温差变小
，有效降低冷却管壁与混凝土基体之间的局部温度梯度，进而有效
避免局部温度微裂缝的产生，更好地提高结构的耐久性。所以合理
地使用相变导热流体作为冷却剂来降低大体积混凝土的水化热温升
，有望在降低混凝土内部温度峰值的同时，降低混凝土基体内部的
温度梯度峰值，取得更为理想的降温效果。
  通过试验和计算的方法来探讨相变导热流体作为冷却液对混凝
土水化热温升的降低效果，以及在降温过程中对基体内部不同部位
温度梯度的影响；通过在设有冷却液循环装置的保温试模中浇筑混
凝土，在两种冷却液相同使用条件下，测量混凝土块体不同位置的
温度，对比水和相变导热流体的降温效果，并分析试件内部的温差
和温度梯度；通过对不同冷却液吸收热量及对混凝土降温效果的计
算，深入探讨相变导热流体的降温优势、使用条件和注意事项，为
实现相变导热流体在实际工程中的应用提供相应的技术支持。

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