哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
当前世界陷入能源危机，对新能源的收集与存储刻不容缓。相变材料通过相
变潜热可以存储大量的能量，然而存在着易泄露和热导率低等缺陷，采用微胶囊
方法对相变材料进行封装可有效解决这些问题。此外，通过在相变微胶囊中添加
具有能量转化功能的物质，可使微胶囊同时具有集热和储热的能力。另外，将相
变微胶囊分散至水或醇类液体中制备为相变微胶囊悬浮液，使其具有流动性，还
可以强化传热，增强基液的蓄热能力。因此，本文以FeO改性的相变微胶囊及
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悬浮液为研究对象，针对其集热与蓄热性能开展实验和数值模拟研究，为不同能
源的利用及存储提供技术基础。
采用共沉淀法合成了油酸改性的Fe3O4纳米颗粒，并进一步采用层层自组装
法制备了相变微胶囊，对其微观形貌、结构成分、热稳定性、相变性能等性质进
行了表征分析。测试结果表明，微胶囊具有较好的热稳定性与较高的相变潜热，
相对于纯二十二烷，导热能力提升了195%。同时微胶囊还呈现出超顺磁性与较
强的光吸收能力。
将制备的相变微胶囊分散至水中，制备了相变微胶囊悬浮液，测量了其密度、
粘度、导热系数以及比热容等物性随温度的变化。研究表明，相变微胶囊的添加
使悬浮液的导热性能最高增加了15.8%，储热能力增加了81%，密度增加了9%，
同时悬浮液的粘度有所增加。
为了探究材料的集热性能，对相变微胶囊及悬浮液的光-热与磁-热转化特性
进行了实验研究。研究表明，相对于未改性的相变微胶囊，添加FeO纳米颗粒
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后，相变微胶囊的光热转化效率提高了586.5%。同样，相变微胶囊也具有较好的
磁-热转化能力。相变微胶囊悬浮液对光能和磁场能的集热能力随着光照强度、
FeO含量、磁场强度的增大而增大。
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设计了螺旋管换热器蓄热结构，采用数值模拟方法对以相变微胶囊悬浮液为
储热介质的蓄热过程进行了模拟。研究表明，随着浓度的增加，相变微胶囊悬浮
液的蓄热能力得到提高；提高进口流速和增加螺旋管换热器节数均能提高换热能
力；通过在换热器中增加搅拌功能，可以使蓄热换热过程由自然对流转化为强制
对流，储液罐温度场更均匀，使换热系数提高了348%。
关键词：Fe3O4纳米颗粒；相变微胶囊；物性测量；光-磁-热转化；集热蓄热
-I-
哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
Theworldiscurrentlyfacinganenergycrisis,andthecollectionandstorageofnew
energysourcesareofutmostimportance.Phasechangematerials(PCMs)canstorea
significantamountofenergythroughlatentheat,buttheysufferfromissuessuchas
leakageandlowthermalconductivity.EncapsulatingPCMsusingthemicrocapsule
methodcaneffectivelyaddresstheseproblems.Furthermore,byaddingsubstanceswith
energyconversioncapabilitiesintothephasechangemicrocapsules,theycanpo