裴 雯

（洛陽(yáng)科技職業(yè)學(xué)院電子商務(wù)學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471000）

相變儲(chǔ)能材料作為一種能夠在特定溫度范圍內(nèi)吸收和釋放大量潛熱的材料，為控制海況環(huán)境對(duì)貨物運(yùn)輸造成的影響提供了新的思路。相變儲(chǔ)能材料能夠在環(huán)境溫度升高時(shí)吸收熱量，并在環(huán)境溫度降低時(shí)釋放熱量，從而維持周?chē)h(huán)境的相對(duì)恒溫。在海上物流中，利用相變儲(chǔ)能材料的這一特性，可以有效地減少貨物在運(yùn)輸過(guò)程中因環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生的質(zhì)量損失。不同的制備方法和工藝參數(shù)對(duì)相變儲(chǔ)能材料的熱物性能有著重要影響[1]。因此，系統(tǒng)地研究相變儲(chǔ)能材料的制備工藝，以及制備過(guò)程中材料組分、微觀結(jié)構(gòu)和熱物性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)于優(yōu)化相變儲(chǔ)能材料的性能，提高其在實(shí)際應(yīng)用中的效果具有重要意義。

1 相變儲(chǔ)能材料的制備方法

目前，制備相變儲(chǔ)能材料主要參考熱儲(chǔ)能技術(shù)方法，通常分為潛熱存儲(chǔ)、熱化學(xué)儲(chǔ)能、顯熱存儲(chǔ)三種方式，具體分類標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 相變儲(chǔ)能材料制備方法分類Table 1 Classification of preparation methods for phase change energy storage materials

海上物流運(yùn)輸中，當(dāng)溫度達(dá)到一定數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)后，相變儲(chǔ)能材料可以發(fā)生物相變化，通過(guò)熔化、凝固、結(jié)晶等過(guò)程吸收或釋放大量的熱量，然而材料自身穩(wěn)定性不會(huì)發(fā)生顯著變化，這也是相變材料具有優(yōu)異儲(chǔ)能特性的主要原因。

制備過(guò)程中，相變材料的儲(chǔ)能流程主要包括充電和放電兩個(gè)過(guò)程，詳細(xì)流程見(jiàn)圖1。

圖1 相變材料儲(chǔ)能流程圖Fig.1 Energy storage process diagram of phase change materials

在充電過(guò)程中，電能通過(guò)電力驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，將液態(tài)工質(zhì)壓縮成高溫氣態(tài)工質(zhì)。氣態(tài)工質(zhì)進(jìn)入到下方的儲(chǔ)熱罐中，向固態(tài)的相變材料放熱，相變材料吸熱變?yōu)橐后w[2]。這個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了能量的儲(chǔ)存。在放電過(guò)程中，被加壓后的液態(tài)工質(zhì)流經(jīng)下方的儲(chǔ)熱罐，吸熱蒸發(fā)膨脹，進(jìn)入渦輪機(jī)中做功，實(shí)現(xiàn)發(fā)電。這個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了能量的釋放。

此外，相變儲(chǔ)能材料還可以通過(guò)光化學(xué)分子異構(gòu)實(shí)現(xiàn)光能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)光化學(xué)儲(chǔ)能。這種儲(chǔ)能方式涉及到相變材料的異構(gòu)化儲(chǔ)能反應(yīng)，可以在光能的作用下實(shí)現(xiàn)從trans態(tài)到cis態(tài)的轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)光化學(xué)儲(chǔ)能。

2 相變儲(chǔ)能材料的熱物性能研究

相變儲(chǔ)能材料的熱物性是其能夠作為儲(chǔ)能材料的重要特性，主要包括相變溫度、相變潛熱、熱導(dǎo)率、比熱容、膨脹系數(shù)等。這些性能參數(shù)直接影響材料的儲(chǔ)能密度、吸放熱速率、溫度穩(wěn)定性等方面。

其中，相變溫度是指相變材料發(fā)生相變的溫度點(diǎn)，是相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用的關(guān)鍵參數(shù)之一。相變潛熱是指材料在相變過(guò)程中吸收或釋放的熱量，是衡量相變儲(chǔ)能材料儲(chǔ)能密度的關(guān)鍵參數(shù)[3]。熱導(dǎo)率是指材料導(dǎo)熱的能力，對(duì)于相變儲(chǔ)能材料的散熱和溫度穩(wěn)定性有重要影響。比熱容是指材料吸收熱量的能力，對(duì)于相變儲(chǔ)能材料的儲(chǔ)能密度和吸放熱速率有直接影響。膨脹系數(shù)是指材料在受熱或冷卻時(shí)體積變化的程度，對(duì)于相變儲(chǔ)能材料的穩(wěn)定性和可靠性有重要影響。

對(duì)于上述熱物性能參數(shù)的計(jì)算參考如下表達(dá)式：

式中，T為相變溫度，T0為初始溫度值，T1為相變反應(yīng)后的溫度值，L為相變材料的儲(chǔ)能向量，β為儲(chǔ)能材料的相變反應(yīng)參數(shù)，Q為相變潛熱，ΔW為單位儲(chǔ)熱或放熱量，ρ為相變材料的儲(chǔ)能密度，χ為熱量反應(yīng)系數(shù)，η為熱導(dǎo)率，α為散熱值，vα為相變儲(chǔ)能材料散熱速率，δ為儲(chǔ)熱值，vδ為相變儲(chǔ)能材料儲(chǔ)熱速率，E為比熱容，ΔM為參與儲(chǔ)能反應(yīng)的相變材料質(zhì)量，k?為相變儲(chǔ)能材料的吸熱特征，x為膨脹系數(shù)，N0為相變材料初始體積，N′為儲(chǔ)能后的相變材料體積，?為受熱或冷卻變化向量，t為儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)，ι為儲(chǔ)能過(guò)程中的相變反應(yīng)系數(shù)。

在海上物流運(yùn)輸中，需要綜合考慮相變儲(chǔ)能材料的各種熱物性指標(biāo)，選擇適合具體需求的材料。同時(shí)，還需要對(duì)材料的制備工藝、成本、環(huán)保性等方面進(jìn)行考慮，以保證相變儲(chǔ)能材料在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和經(jīng)濟(jì)效益。

3 相變儲(chǔ)能材料在海上物流中的應(yīng)用

相變儲(chǔ)能材料在海上物流中具有多種應(yīng)用形式，主要涉及能源儲(chǔ)存以及溫度的管理。

（1）能源儲(chǔ)存。因其物化性質(zhì)的特殊性，相變儲(chǔ)能材料能夠儲(chǔ)存大量的能量，并在需要時(shí)緩慢釋放。這種特性使它們可以用作可再生能源的儲(chǔ)存介質(zhì)，例如太陽(yáng)能、風(fēng)能等。在海上物流中，這些儲(chǔ)存的能量可以在夜間或風(fēng)力較弱的時(shí)候用于各種設(shè)備，如照明、通信及導(dǎo)航系統(tǒng)。

（2）溫度管理。單位時(shí)間內(nèi)，相變儲(chǔ)能材料能夠吸收和釋放大量的熱量，因此可以作為溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一部分。在海上物流中，這種特性可以用于保持貨物的溫度，確保食物和其他需要冷藏或冷凍的物品在運(yùn)輸過(guò)程中能夠長(zhǎng)期維持新鮮狀態(tài)。

（3）優(yōu)化船舶能源效率。一些新型的船舶設(shè)計(jì)使用相變儲(chǔ)能材料作為推進(jìn)系統(tǒng)的一部分。通過(guò)存儲(chǔ)和釋放能量，這些材料能夠源源不斷地提供動(dòng)力，也就減少了海上物流對(duì)傳統(tǒng)燃料的依賴[4]。此外，相變儲(chǔ)能材料也可以用于提高船舶的能源效率。例如，可以用作船舶熱管理系統(tǒng)的一部分，通過(guò)調(diào)節(jié)船舶內(nèi)部的溫濕度水平，以減少能源消耗量。

4 結(jié)論與展望

本文探討了相變儲(chǔ)能材料在海上物流中的重要性和應(yīng)用潛力，明確了其在保持貨物恒溫運(yùn)輸中的關(guān)鍵作用。通過(guò)合理的制備工藝，可以獲得具有優(yōu)異熱物性能的相變儲(chǔ)能材料。這些材料能夠在特定的溫度范圍內(nèi)有效地吸收和釋放熱量，從而為海上物流提供穩(wěn)定的恒溫環(huán)境。此外，研究還發(fā)現(xiàn)材料的熱物性能與其組分、微觀結(jié)構(gòu)等因素密切相關(guān)，這為進(jìn)一步優(yōu)化相變儲(chǔ)能材料的性能提供了明確的方向。

在未來(lái)的研究中，可以繼續(xù)關(guān)注相變儲(chǔ)能材料在海上物流中的應(yīng)用，探索其在極端環(huán)境下的性能表現(xiàn)。與此同時(shí)，還應(yīng)該致力于開(kāi)發(fā)新型的相變儲(chǔ)能材料，以適應(yīng)不斷發(fā)展的海上物流需求。相信隨著相變儲(chǔ)能材料的不斷進(jìn)步和完善，其在海上物流領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛和深入。