引 言

当今能源消耗随着社会经济发展稳步攀升，应用相变蓄冷技术具有很大的社会与经济效益。相变蓄冷技术的应用不仅平衡电网峰谷负荷，并且减少机械制冷机组装机量[1]。尤其在冷链物流中要求食品在生产加工、储存运输以及销售消费的各个环节中必须处于食品所要求的温度区间内，以保证食品的质量[2-4]。中国每年有大量食品在没有冷链保障下运输销售，造成食品变质腐烂，损失率高达20%以上[5-7]。蓄冷技术在食品低温加工、低温贮藏、低温运输配送、低温销售等食品冷链的各环节中都具有广泛的应用背景和节能潜力[8-10]。

一些无机盐的水溶液由于其较大的潜热值以及相变温度特征，被广泛应用为蓄冷材料[11]。然而这些材料仍存在一些问题，比如相变过程中会出现过冷现象。过冷度较大影响蓄冷时间，影响系统的蒸发温度，从而降低系统的COP[12]。因此，采用有效的方法降低相变蓄冷材料的过冷度十分必要。影响无机盐溶液过冷度的因素有很多，比如溶液的浓度、均匀程度、制冷机组的冷却速度等[13]。Hong等[14]研究表明添加剂浓度越高，过冷度越小。洪荣华等[15]研究发现成核添加剂和环境温度对蓄冷溶液过冷度有明显的影响。此外，水的过冷度出现有随机性，过冷度并非定值，许多学者都采用了统计学的研究方法。

过冷度的研究与分析也成为了国内外学者的一个研究热点。很多学者在无机盐溶液中添加高导热材料的固体基质或纳米材料，以增强无机盐溶液的传热传质，改善过冷度等缺点[16-17]。

多孔介质是由固体骨架和流体组成的一类复合介质，广泛存在于工业工程应用中，其传热传质的特性研究更是成为一项具有重大意义的研究课题[18]。Py等[19]在石蜡中添加膨胀石墨，使石蜡的传热性能最高提高到原来的 70倍。刘小平等[20]研究表明多孔介质热导率越高，冰蓄冷板融化时间越短，泡沫铜多孔介质最多可将冰蓄冷板融化时间缩短15.2%。Siahpush等[21]研究发现在纯度为 99%正十二烷中填充泡沫铜，使复合材料热导率大大提升。基于多孔介质能够强化传热的特性，有学者利用多孔材料、金属颗粒堆积模拟多孔介质。吴志根等[22]利用Fluent软件，对不同结构多孔金属矩阵材料在相变系统中的传热特性进行了数值研究。王峥等[23]通过玻璃球堆积而成的多孔球层，研究了多孔内核态沸腾和气泡生长过程。赵群志等[24-25]研究了多孔球层内水的过冷与蓄冷特性，实验表明多孔基底的存在可以缩短蓄冷相变时间。

比如这两张照片，虽然对准宝宝也能拍出不错的效果，但它没有展现出环境，也不符合我们这组照片想传达的意图。将焦点对准背景，就立刻不同了：我们仿佛正和宝宝一起往窗外看。

从表3可知，溶液过冷度平均值在构建多孔介质情况下较无多孔介质情况下明显降低。当球径为11 mm时，溶液过冷度平均值为5.476℃，较无多孔介质溶液过冷度平均值降低5.6%。当球径为5 mm时，溶液过冷度平均值为4.755℃，较无多孔介质溶液过冷度平均值降低 21.7%。在溶液中构建多孔介质可有效降低溶液过冷度，其32次实验数据分布概率如图7所示。

由于氯化铵溶液共晶浓度为19.5%，分别配制5%、10%、15%氯化铵水溶液240 ml，并用磁力搅拌器充分搅拌至盐完全溶解。

1 实验装置与方法

实验系统如图1所示，主要包括计算机、数据采集仪、恒温设备、低温循环槽、聚氨酯密封盖板、热电偶等。其中数据采集器选用的是 Agilent 34972A型数据采集器；恒温设备选用的是上海衡平仪器厂生产的DC-6515型低温恒温槽，温控范围为－65～100℃，精度为±0.05℃；低温循环槽为定制设备，里面通入循环冷冻介质无水乙醇溶液，外表面包裹保温层；选用的热电偶为T型热电偶，精度为±0.5℃，热响应时间为0.4 s；实验中测量用的电子天平型号为FA2004，精度为±0.2 mg。采用不锈钢小球模拟搭建多孔介质，不同球径小球孔隙率也不同。

 

表1 NH4Cl-H2O性质Table 1 Property of NH4Cl-H2O

  

Material Eutectic temperature/℃Eutectic concentration/%NH4Cl-H2O −14.9 19.5

根据实验要求，本文采用的相变蓄冷材料为NH4Cl水溶液，其特性如表1所示。

  

图1 实验装置Fig.1 Schematic diagram of experimental device

 

1—computer; 2—Agilent data logger; 3—thermocouple; 4—low temperature circulation tank; 5—thermal insulation layer; 6—constent temperature equipment; 7—polyurethane sealing cover plate;8—porous media

1.1 不同浓度下无机盐溶液过冷度实验

1.2.3 HLFs细胞增值 采用CCK-8法，取对数生长期HLFs细胞接种于96孔培养板中，每孔约含细胞5 000个，无血清培养细胞饥饿24 h使细胞周期同步化。分组、各组细胞的处理方法及作用时间同1.2.1，每组样本设3个复孔，每孔终体积为200 μL。检测前，每孔弃去100 μL的陈旧培养基，再加入10 μL CCK-8在培养箱中孵育4 h，于分光光度计测定450 nm波长的吸光度值(OD)值。

相对完善的物业服务法规体系是防范物业服务纠纷的重要保障，鄂州市行业主管部门要尽快制定《物业管理招投标办法》，通过招投标使物管企业树立“竞争主体”意识，以优质服务、高水平的管理和良好的企业信誉去获得市场份额。鄂州作为离武汉最近的中等城市，房地产市场发展前景看好，具备吸引外地高资质物业公司进驻的条件。鄂州市在招商时，应把物业管理项目纳入招商项目库，积极向外界推荐鄂州的优惠政策，吸引外地高资质物业公司进驻鄂州。要制定新建项目物业服务用房配置有关规定，明确物业服务用房配置的比例和最小建筑面积，使物业服务用房的配置有规可依等。

浓度为 15%的氯化铵溶液平均过冷度为4.783℃，与5%与10%的溶液的平均过冷度相比，分别降低了17.5%与8.0%。15%的氯化铵溶液过冷度最大值也较 5%与 10%的溶液降低了 28.8%与13.4%。可以判定，浓度对过冷度的平均值影响较大。不同浓度氯化铵溶液 32次过冷度测量数据分布情况如图5所示。

  

图2 热电偶测点布置Fig. 2 Thermocouple measuring points

收集数据后继续分别对浓度为10%与15%的氯化铵溶液进行实验测试，得出其过冷度并与浓度为5%的氯化铵溶液进行对比分析。

计算可得，当光源中心波长分别为325 nm、488 nm和632 nm时，半周期内的线性斜率分别为0.123 0、0.008 2、0.006 3.可知中心波长越长，系统的工作范围越大，但会降低线性斜率导致系统分辨力下降.在选择光源的时候，一方面要求系统的工作范围适中，另一方面又要求有足够高的斜率来保证系统的分辨力.因而，本文系统中选用中心波长为488 nm的激光器作为光源.

1.2 多孔介质下无机盐溶液过冷度实验

配制浓度为5%的氯化铵溶液240 ml，分别置于4个烧杯内，并构建多孔介质。多孔介质的构建主要由不锈钢小球组成。将不锈钢小球利用超声波振荡清洗，除去表面灰尘，放入氯化铵溶液内使液面刚好淹没小球即可，如图3所示。对溶液进行过冷度实验测试，得出 32组数据进行分析，并与无多孔介质情况下5%氯化铵溶液的过冷度进行对比。

利用直径为5、8、11 mm的不锈钢小球分别构建不同孔隙率的多孔介质，分别对其过冷度进行实验测量，得出结论数据后进行分析对比。本实验所用小球球径为5、8、11 mm，对应搭建的多孔介质孔隙率分别为41.3%、43.9%、48.7%。孔隙率计算方法为直接法，通过测量无机盐溶液体积与计算所得小球体积进行计算。

  

图3 不锈钢多孔介质Fig.3 Stainless steel ball porous media

2 实验结果分析

2.1 不同浓度下无机盐过冷度实验

无机盐溶液自身浓度对过冷度影响很大，为了研究浓度与过冷度之间的关系，分别配比5%、10%、15%三种不同浓度的氯化铵溶液60 ml，采用相同的降温条件（先预冷至 5℃，然后均匀降温至−20℃）对溶液进行 32组实验测试,其相变温度测得均在14.5～16℃内。过冷度测试结果分布如图4所示。

本论文为河南省政府决策研究招标课题委托课题《伏牛山区农业生物质资源研究与分析》（课题编号：2017W015）阶段性成果

  

图4 不同浓度氯化铵溶液的过冷度Fig.4 Supercooling degree of ammonium chloride solution with different concentration

从图4可以看出，不同浓度的氯化铵溶液过冷度分布差距很大。浓度为 5%的氯化铵溶液过冷度分布在 6℃以上较多，且离散程度越大，过冷度整体越高。在蒸馏水中加入无机盐，起到了一定成核剂的作用。无机盐所含有的离子有效地增加了接触面积，加强传热，诱导成核，降低了过冷度。随着浓度的提高，无机盐增多，过冷度的分布明显离散程度降低，趋于某一稳定值，且过冷度整体有明显降低。当溶液浓度达到15%时，过冷度的分布点基本低于浓度为 5%与 10%的氯化铵溶液，稳定分布在4.5～5℃区间内，全额分布较为集中。针对32组实验数据进行统计学分析，得出结果如表2所示。

 

表2 不同浓度溶液过冷度数据统计分析Table 2 Supercooling data of different concentration solution

  

Concentration/%Average value /℃Maximum value /℃Minimum value /℃Mean square deviation/℃5 5.798 8.547 3.960 1.1010 5.200 7.026 2.321 0.8615 4.783 6.082 3.334 0.82

将240 ml浓度为5%的氯化铵溶液分别置于4个烧杯内，放入低温循环槽内部。在烧杯中间设置T型热电偶，应注意热电偶避免碰触杯壁，使其完全接触无机盐溶液，如图2所示。利用聚氨酯材料对烧杯进行封盖，避免实验时杂质进入烧杯影响氯化铵溶液结晶及蓄冷特性。开启低温恒温装置，对氯化氨溶液进行制冷至−20℃，利用安捷伦数据采集器进行数据收集。分析氯化铵溶液相变结晶温度变化，观察其过冷度。无机盐溶液在冷凝过程中，随着环境温度降低，相变材料与环境温差增大，导致材料放热速率增大，结晶时间减少。且低温恒温槽循环泵振动作用及环境温度、恒温槽内乙醇温度分布等因素都极大影响过冷度的稳定性，因此过冷度的测试具有较大的不确定性。单一实验所收集数据不具有代表性，本文采用统计法针对氯化铵溶液进行32次测量，得出数据进行分析。每进行一次实验后，完成数据采集，对恒温槽进行升温。将氯化铵溶液升温至初始温度后直接进行下次测试，以保证每次实验条件的稳定性。

  

图5 不同浓度溶液过冷度概率分布Fig.5 Probability distribution of supercooling degree of different concentration

由图5可以看出，浓度为5%的氯化铵溶液过冷度分布区域跨度较大，集中度较低。峰值在5.5～6.0℃区间，但6.5～7℃区间分布概率也较大，表明浓度较低时，溶液过冷度不稳定性很高。10%氯化铵溶液的过冷度分布在 4.5～5.5℃之间概率较大。15%氯化铵溶液的过冷度峰值分布在 4.5～5℃区间。对比分析不同浓度溶液的过冷度概率分布，浓度越高时，溶液过冷度分布更为集中，其稳定性越高。

2.2 多孔介质下无机盐过冷度实验

从图7可知，球径为11 mm的多孔介质下溶液过冷度峰值分布在5～5.5℃，但5.5～6℃区间分布概率也较大。表明球径越大，溶液过冷度分布离散程度越大，稳定性越低。球径为5 mm的多孔介质下溶液过冷度峰值在 4～4.5℃区间内，对比其他区间分布概率高出较多。表明球径越小，过冷度越为集中，稳定性越高。分析原因，球径越大，多孔介质越疏松，增加了传热热阻，而且多孔介质与溶液接触面积减小，使溶液过冷度值更分散，稳定性低。

  

图6 不同球径下氯化铵溶液的过冷度Fig.6 Supercooling degree of ammonium chloride solution with different diameter balls

 

表3 不同球径数据统计分析Table 3 Analysis of data of different diameter balls

  

Different diameter balls/mm Average value /℃Maximum value /℃Minimum value /℃Mean square deviation/℃0 5.798 8.547 3.960 1.105 4.755 6.784 3.898 0.808 5.068 6.384 3.962 0.6111 5.476 7.136 4.258 0.60

因此，本文针对无机盐溶液过冷度问题，在溶液中加入均匀多孔介质。采用单一变量法，在不同浓度、不同孔隙率的实验条件下，对无机盐溶液的过冷度进行了实验研究。

  

图7 不同球径多孔介质溶液过冷度概率分布Fig.7 Probability distribution of supercooling degree of different diameter balls porous medium

利用不锈钢小球构建多孔介质，研究氯化铵溶液在多孔介质下过冷度的变化。实验采用相同的降温条件，浓度均为5%的氯化铵溶液，分别利用5、8和11 mm球径的小球构建多孔介质进行32次实验，实验数据如图6所示。从图6可知，不同球径构建的多孔介质下，氯化铵溶液的过冷度相差较大。多孔介质的构建，有效增加了传热，加快了降温速率，降低了过冷度。当球径为11 mm时，构建的多孔介质孔隙率较大，溶液过冷度峰值较大，离散程度较高。当球径为 5 mm时，构建的多孔介质孔隙率较小，溶液过冷度分布较为集中，且峰值较小。分析原因，小球球径越小，内部微孔越多，使得多孔介质与溶液接触面积大大增加，促进外界冷量迅速输入；其次，由于小球球径减小，模拟的多孔介质越密集紧凑，使溶液更加均匀地分布于多孔介质内，溶液过冷度分布更为集中。对32次实验数据进行计算分析，可得其平均过冷度等数值如表3所示。

3 结 论

无机盐溶液的浓度是影响其过冷度重要因素之一。为了研究浓度与过冷度之间的耦合关系，实验配比了不同浓度（5%、10%、15%）的氯化铵溶液进行步冷测试。在此基础之上，实验分别以不同球径（5、8、11 mm）的不锈钢小球构建了多孔介质，对溶液的过冷度进行研究。实验采用统计学方法对数据进行对比分析，可得出以下结论。

（1）无机盐溶液浓度增大时，过冷度分布更为集中，且明显降低。浓度为15%时，氯化铵溶液过冷度平均值可降低28.8%。

那是赤裸裸的摊牌，意思是，看，相恋多年你也不了解我，我们之间的鸿沟也许还不止这一个。全部说出来，我们就成了不是一个世界的人。

（2）随着小球的加入，构建了多孔介质模型，增加了无机盐溶液的换热面积，换热效果明显增强，有效地降低了无机盐溶液的过冷度。

退什么潮啊。王树林碰了一个灰钉子。如在之前，王树林一定会说祝你开心之后挂了电话，可是今天不同，满耳的钢琴曲里他产生了可疑的嫉妒，简直要醋腌了他的兴致。情急下，他酸溜溜地说，挺浪漫啊，隔桌相对。辛娜说，你要干吗？王树林进一步酸下去说，那男的是谁？看上去蛮合适你。辛娜说，你在哪里？王树林说，我在哪里不重要，重要的是我都看见了。辛娜有了惊讶的反应，她说，我怎么没看见你？你究竟在那里？王树林明了一切地说，我怎么可能出现？我可不想让自己来领绿帽子！辛娜说，你少无聊。王树林说，你淡定一点吧，不打搅你了，你们继续，对了，祝开心。说罢，挂了电话。

（3）随着小球球径的降低，无机盐溶液在多孔介质中的过冷度分布更为集中，平均值明显降低。无机盐溶液在多孔介质中，过冷度降低且稳定性更高。小球球径为 5 mm时，过冷度平均值可降低21.7%。

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