Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu thực nghiệm về muối nóng chảy ở quy mô micron trong quá trình nóng chảy
Tóm tắt
Việc khảo sát các hành vi nóng chảy của muối nóng chảy ở quy mô micron trong quá trình nóng chảy là rất quan trọng để giải thích cơ chế chuyển pha rắn-lỏng. Trong bài báo này, một hệ thống và phương pháp phân tích thực nghiệm mới được đề xuất để nghiên cứu quá trình nóng chảy với ba tốc độ gia nhiệt trong khoảng 1–10°C/phút của muối mặt trời ở quy mô micron. Hình thái ranh giới rắn-lỏng và động học chuyển pha của các hạt muối nóng chảy được tập trung nghiên cứu. Đồng thời, mối tương quan giữa phần thể lỏng, nhiệt độ và thời gian dưới các tốc độ gia nhiệt khác nhau cũng được nghiên cứu. Hình thái ranh giới rắn-lỏng được miêu tả bằng cách thiết lập thực nghiệm được trực quan hóa, và tỉ lệ thể tích lỏng tức thời trong quá trình chuyển pha không đồng nhất nhiệt được thu được. Sau đó, mối tương quan giữa nhiệt độ và thể tích lỏng được đề xuất để tiết lộ sự phát triển của ranh giới rắn-lỏng theo nhiệt độ ở các tốc độ gia nhiệt khác nhau. Hơn nữa, phương trình động học chuyển pha không đồng nhất nhiệt được thiết lập bằng cách giới thiệu một tham số không đổi (Va,b), và nhiều tham số động học khác như 1gVa,b và –1gVa,b/b được nghiên cứu. Kết quả cho thấy rằng số mũ b không nhạy cảm với tốc độ gia nhiệt với khoảng giá trị từ 3 đến 5 cho các hạt muối mặt trời. Tuy nhiên, tốc độ gia nhiệt ảnh hưởng đến giá trị của Va,b và thể hiện mối quan hệ tích cực. Bên cạnh đó, các phương trình động học chuyển pha không đồng nhất nhiệt ở các tốc độ gia nhiệt khác nhau trong khoảng 1–10°C/phút có thể được dự đoán nhanh chóng bằng phương pháp thử nghiệm cải tiến được đề xuất. Nghiên cứu này có thể lấp đầy sự thiếu hụt nghiên cứu và cung cấp hướng dẫn quan trọng cho các nghiên cứu trong tương lai về cơ chế chuyển pha rắn-lỏng của muối nóng chảy ở quy mô micron.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Razmjoo A., Gakenia Kaigutha L., Vaziri Rad M.A., Marzband M., Davarpanah A., Denai M., A technical analysis investigating energy sustainability utilizing reliable renewable energy sources to reduce CO2 emissions in a high potential area. Renewable Energy, 2021, 164: 46–57.
Lefebvre D., Tezel F.H., A review of energy storage technologies with a focus on adsorption thermal energy storage processes for heating applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, 67: 116–125.
Chavan S., Rudrapati R., Manickam S., A comprehensive review on current advances of thermal energy storage and its applications. Alexandria Engineering Journal, 2022, 61: 5455–5463.
Kousksou T., Bruel P., Jamil A., Rhafiki T.E., Zeraouli Y., Energy storage: Applications and challenges. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2014, 120: 59–80.
Wu S.F., Yan T., Kuai Z.H., Pan W.G., Thermal conductivity enhancement on phase change materials for thermal energy storage: A review. Energy Storage Materials, 2020, 25: 251–295.
Gao H.Y., Wang J.J., Chen X., Wang G., Huang X.B., Li A., Dong W.J., Nanoconfinement effects on thermal properties of nanoporous shape-stabilized composite PCMs: A review. Nano Energy, 2018, 53: 769–797.
Su W., Darkwa J., Kokogiannakis G., Review of solid-liquid phase change materials and their encapsulation technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2015, 48: 373–391.
Sharma R.K., Ganesan P., Tyagi V.V., Metselaar H.S.C., Sandaran S.C., Developments in organic solid-liquid phase change materials and their applications in thermal energy storage. Energy Conversion and Management, 2015, 95: 193–228.
Šesták J., Berggren G., Study of the kinetics of the mechanism of solid-state reactions at increasing temperatures. Thermochimica Acta, 1971, 3: 1–12.
Fornes T.D., Paul D.R., Crystallization behavior of nylon 6 nanocomposites. Polymer, 2003, 44: 3945–3961.
Uhlmann D.R., A kinetic treatment of glass formation. Journal of Non-Crystalline Solids, 1972, 7: 337–348.
Avrami M., Granulation, phase change, and microstructure kinetics of phase change. III. Journal of Chemical Physics, 1941, 9: 177–184.
Avrami M., Kinetics of phase change. I General theory. Journal of Chemical Physics, 1939, 7: 1103–1112.
Avrami M., Kinetics of phase change. II Transformation-time relations for random distribution of nuclei. Journal of Chemical Physics, 1940, 8: 212–224.
Ozawa T., Kinetics of non-isothermal crystallization. Polymer, 1971, 12: 150–158.
Jeziorny A., Parameters characterizing the kinetics of the non-isothermal crystallization of poly (ethylene terephthalate) determined by DSC. Polymer, 1978, 19: 1142–1144.
Liu T.X., Mo Z.S., Wang S.E., Zhang H.F., Nonisothermal melt and cold crystallization kinetics of poly(aryl ether ether ketone ketone). Polymer Engineering and Science, 1997, 37: 568–575.
Cebe P., Hong S.D., Crystallization behaviour of poly(ether-ether-ketone). Polymer, 1986, 27: 1183–1192.
Wang Y.M., Shen C.Y., Li H.M., Li Q., Chen J.B., Nonisothermal melt crystallization kinetics of poly (ethylene terephthalate)/clay nanocomposites. Journal of Applied Polymer Science, 2004, 91: 308–314.
Augis J.A., Bennett J.E., Calculation of the Avrami parameters for heterogeneous solid state reactions using a modification of the Kissinger method. Journal of Thermal Analysis, 1978, 13: 283–292.
Iqbal N., Dijk N.H.V., Hansen T., Katgerman L., Kearley G.J., The role of solute titanium and TiB2 particles in the liquid-solid phase transformation of aluminum alloys. Materials Science and Engineering, 2004, 386: 20–26.
Nakano K., Masuda Y., Daiguji H., Crystallization and melting behavior of Erythritol in and around two-dimensional hexagonal mesoporous silica. Journal of Physical Chemistry C, 2015, 119: 4769–4777.
Peng Q., Ding J., Wei X.L., Yang J.P., Yang X.X., The preparation and properties of multi-component molten salts. Applied Energy, 2010, 87: 2812–2817.
Wu Y.T., Ren N., Wang T., Ma C.F., Experimental study on optimized composition of mixed carbonate salt for sensible heat storage in solar thermal power plant. Solar Energy, 2011, 85: 1957–1966.
Bösenberg U., Buchmann M., Rettenmayr M., Initial transients during solid/liquid phase transformations in a temperature gradient. Journal of Crystal Growth, 2007, 304: 281–286.
Ji H.X., Sellan D.P., Pettes M.T., Kong X.H., Ji J.Y., Shi L., Ruoff R.S., Enhanced thermal conductivity of phase change materials with ultrathin-graphite foams for thermal energy storage. Energy and Environmental Science, 2014, 7: 1185–1192.
Jiang Z., Leng G.H., Ye F., Ge Z.W., Liu C.P., Wang L., Huang Y., Ding Y.L., Form-stable LiNO3-NaNO3-KNO3-Ca(NO3)(2)/calcium silicate composite phase change material (PCM) for mid-low temperature thermal energy storage. Energy Conversion and Management, 2015, 106: 165–172.
Karthik M., Faik A., Blanco-Rodríguez P., Rodríguez-Aseguinolaza J., D’Aguanno B., Preparation of erythritol-graphite foam phase change composite with enhanced thermal conductivity for thermal energy storage applications. Carbon, 2015, 94: 266–276.
Liu D.M., Kang J., Xiang M., Cao Y., Effect of annealing on phase structure and mechanical behaviors of polypropylene hard elastic films. Journal of Polymer Research, 2013, 20: 126.
Zhang P., Xiao X., Ma Z.W., A review of the composite phase change materials: Fabrication, characterization, mathematical modeling and application to performance enhancement. Applied Energy, 2016, 165: 472–510.
Yuan M.D., Ren Y.X., Xu C., Ye F., Du X.Z., Characterization and stability study of a form-stable erythritol/expanded graphite composite phase change material for thermal energy storage. Renewable Energy, 2019, 136: 211–222.
Wang W., Wang C.Y., Li W., Fan X.X., Wu Z.H., Zheng J., Li X.G., Novel phase change behavior of n-eicosane in nanoporous silica: emulsion template preparation and structure characterization using small angle X-ray scattering. Physical Chemistry Chemical Physics, 2013, 15: 14390–14395.
Srikanth S., Suresh S., Sarath R.A., Low melt alloy enhanced solid-liquid phase change organic sugar alcohol for solar thermal energy storage. Journal of Molecular Liquids, 2018, 266: 29–42.
Lu K., Nanocrystalline metals crystallized from amorphous solids: nanocrystallization, structure, and properties. Materials Science and Engineering, 1996, 16: 161–221.
Berkeley R.F., Kashefi M., Debelouchina G.T., Real-time observation of structure and dynamics during the liquid-to-solid transition of FUS LC. Biophysical Journal, 2021, 120: 1276–1287.
Bonk A., Braun M., Sötz V.A., Bauer T., Solar salt–Pushing an old material for energy storage to a new limit. Applied Energy, 2020, 262: 114535.
Saranprabhu M.K., Rajan K.S., Magnesium oxide nanoparticles dispersed solar salt with improved solid phase thermal conductivity and specific heat for latent heat thermal energy storage. Renewable Energy, 2019, 141: 451–459.
Han D.M., Lougou B.G., Xu Y.T., Shuai Y., Huang X., Thermal properties characterization of chloride salts/nanoparticles composite phase change material for high-temperature thermal energy storage. Applied Energy, 2020, 264: 114674.
Sun X.Q., Zhang Q., Medina M.A., Lee K.O., Experimental observations on the heat transfer enhancement caused by natural convection during melting of solid-liquid phase change materials (PCMs). Applied Energy, 2016, 162: 1453–1461.
Jiang D.L., Liao Z.R., Li P.D., Yu G.L., Xu C., The evolution of the mushy zone during the melting process of a binary nitrate salt. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2019, 142: 118456.
Zhang S., Jin Y., Yan Y., Depression of melting point and latent heat of molten salts as inorganic phase change material: Size effect and mechanism. Journal of Molecular Liquids, 2021, 346: 117058.
Hong S., Tang Y., Wang S., Investigation on critical heat flux of flow boiling in parallel microchannels with large aspect ratio: Experimental and theoretical analysis. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2018, 127: 55–66.
Hosseinizadeh S.F., Rabienataj Darzi A.A., Tan F.L., Khodadadi J.M., Unconstrained melting inside a sphere. International Journal of Thermal Sciences, 2013, 63: 55–64.
Koropov A.V., Kukushkin S.A., Grigor’ev D.A., Inclusion of a nonzero volume fraction of the new phase in the kinetics of crystallization of melts. Technical Physics, 1999, 44: 786–791.
Kasibhatla R.R., Brüggemann D., Coupled conjugate heat transfer model for melting of PCM in cylindrical capsules. Applied Thermal Engineering, 2021, 184: 116301.