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研究生:羅宜筠
研究生(外文):YI-YUN LO
論文名稱:複合相變材料牆板系統設計及數值模擬分析
論文名稱(外文):System Design of Composite Concrete Panels Containing Phase-Change Material and Numerical Simulation Analysis
指導教授:陳振川陳振川引用關係
指導教授(外文):,Jenn-Chuan Chern
口試委員:詹穎雯廖文正
口試委員(外文):Yin-Wen ChanWang-Chang Liao
口試日期:2013-07-07
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:土木工程學研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:141
中文關鍵詞:相變材料三元複合相變材料粗膠囊化法總潛熱值相變材料安裝位置ABAQUS
外文關鍵詞:Phase change materialsternary compositesMacro-encapsulationThe total latent heat of phase change materialInstallation locationABAQUS
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本研究使用單一相變材料與三元複合相變材料,利用粗膠囊化法進行封裝,再與牆板做結合,進行熱貫流試驗,探討含有相變材料之牆板的熱學行為,另外討論相變材料於牆板內部之擺放位置對室內溫度是否有影響,更進一步討論總潛熱值對於相變材料牆板之熱學行為影響;接著使用有限元素軟體ABAQUS模擬牆板於實驗情況,再與實驗結果進行比對。
實驗與模擬結果進行含有相變材料的牆板與無含有相變材料之牆板比較,前者之高溫峰值溫度會較後者低而低溫峰值溫度會升高且有延遲時間的效果;接著由實驗與模擬結果顯示相變材料安裝於靠近試驗側之位置較理想;由實驗結果可知牆板所含之總潛熱值較高者會降低高溫峰值溫度。另外由模擬進行銅管於牆板內之熱學行為影響,可知牆板內含有銅管會造成高溫峰值溫度上升且延遲時間變短。


In this study, a single phase change material and the ternary phase change material are used. Encapsulating by the coarse method, and then conbine with the concrete wall. The hot box test is carried out to explore the thermal behavior of the wall containing the phase change material. The effect to the indoor temperature of the phase change materials'' position in the internal wall is discussed, and effect of the total value of the latent heat of phase change materials for thermal behavior as well. The finite element software ABAQUS is used to simulate the behavior of the wallboard in the experimental situation, and compared with the experimental results. Results of the wallboard containing phase change materials and the wallboard without phase change materials are compared, both experiment and simulation show that the former peak temperature of the high temperature is lower than the latter and the low temperature is higher and there is the effect of the delay time. the experiment and simulation results show that the phase change materials which are installed close to the test side is ideal. The panel with the higher total latent heat will reduce the peak of high temperature by the experimental results.Besides, the thermal behavior effects of panel containingsthe copper tube is discussed, it can be seen that wallboard containing copper can cause high peak temperatures rise and the delay time becomes shorter.

口試委員會審定書 #
誌謝 i
中文摘要 iii
ABSTRACT iv
目錄 v
圖目錄 ix
表目錄 xiv
Chapter 1 第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
Chapter 2 第二章 文獻回顧 4
2.1 熱質量(Thermal mass) 4
2.2 相變材料 5
2.2.1 定義 5
2.2.2 優良相變材料須具備之條件 6
2.2.3 相變材料之分類 7
2.2.3.1 烷烴類 8
2.2.3.2 非烷烴類 8
2.2.3.3 結晶水合鹽類 8
2.2.3.4 共晶體 9
2.2.4 相變材料製備方式 9
2.2.4.1 直接添加法 9
2.2.4.2 浸置法 10
2.2.4.3 膠囊化法 11
2.2.5 相變材料之應用 13
Chapter 3 第三章 實驗理論 31
3.1 熱傳遞理論 31
3.1.1 傳導 (heat conduction) 32
3.1.2 對流(heat convection) 36
3.1.3 總傳遞係數 U 37
3.2 三元複合相變材料 (Ternary composites) 39
3.2.1 實驗基礎 39
3.2.2 基底材料 39
3.2.2.1 癸酸(Capric acid) 39
3.2.2.2 月桂酸 (Lauric acid) 40
3.2.3 取代材料 40
3.2.3.1 聚乙二醇 (Polyethylene glycol) 40
3.2.3.2 微晶蠟 (Microcrystalline Wax) 41
3.2.3.3 地蠟 (Ozocerite) 41
3.2.3.4 肉豆蔻酸 (Myri stic acid) 41
3.2.3.5 棕櫚酸 (Palmitic acid) 42
3.2.3.6 硬脂酸 (Stearic acid) 42
3.2.4 三元複合相變材料配比設計 42
3.2.5 複合材料配比之成本 42
Chapter 4 第四章 牆板系統設計 45
4.1 粗膠囊封裝 45
4.1.1 背景 45
4.1.2 封裝容器之材料 46
4.1.3 封裝容器之形狀 47
4.1.4 相變材料之選用 49
4.1.4.1 正十八烷 (N-octadecane) 49
4.1.4.2 複合三元相變材料 (Ternary composites) 50
4.1.5 封裝製備 51
4.2 牆板製作及熱學試驗 51
4.2.1 拌合配比選定 51
4.2.2 牆板製作方式 52
4.2.3 熱貫流試驗 54
4.3 ABAQUS軟體模擬所需參數 55
4.3.1 單位重試驗 55
4.3.2 熱傳導係數試驗 55
4.3.3 示差掃描熱卡量計之精確量測 56
4.4 實驗儀器與實驗材料 57
4.4.1 實驗儀器 57
4.4.2 實驗材料 65
Chapter 5 第五章 實驗結果與討論 69
5.1 示差掃描熱卡量計之量測結果 69
5.1.1 正十八烷(N-octadecane) 69
5.1.2 複合三元相變材料(Ternary composites) 69
5.2 熱傳導係數試驗 70
5.3 單位重試驗 73
5.4 熱貫流試驗結果與討論 73
5.4.1 熱貫流試驗機 73
5.4.2 各組牆板定義 74
5.4.3 溫度歷程 75
5.4.4 熱偶計之架設 75
5.4.5 0%PCM 實驗結果與討論 76
5.4.6 5%PCM-O-C 實驗結果與討論 79
5.4.7 5%PCM-O-T 實驗結果與討論 82
5.4.8 20%PCM-CT 實驗結果與討論 86
5.4.9 牆板有無添加相變材料之分析比較 89
5.4.9.1 0%PCM與5%PCM-O-C 實驗結果比較 89
5.4.9.2 0%PCM與5%PCM-O-T實驗結果比較 95
5.4.9.3 0%PCM與20%PCM-CT實驗結果比較 98
5.4.9.4 小結 102
5.4.10 相變材料安裝位置對於牆板熱學行為影響之結果分析比較 103
5.4.10.1 5%PCM-O-C與5%PCM-O-T比較分析結果 103
5.4.10.2 小結 107
5.4.11 相變材料之總潛熱值對於牆板熱學行為之結果分析比較 107
Chapter 6 第六章 ABAQUS軟體模擬 111
6.1 前言 111
6.2 簡介 111
6.2.1 ABAQUS 分類 111
6.3 模型建立與參數設定 114
6.3.1 模型建立 114
6.3.2 參數設定 117
6.3.2.1 材料參數 117
6.3.2.2 熱源參數 118
6.3.2.3 熱對流係數 118
6.3.2.4 ABAQUS 分析設定與網格大小 119
6.4 實驗與模擬結果比較討論 119
6.4.1 0%PCM實驗與模擬之結果討論 119
6.4.2 5%PCM-O-C實驗與模擬之結果討論 123
6.4.3 5%PCM-O-T實驗與模擬之結果討論 125
6.4.4 0%PCM與5%PCM-O-T模擬比對與實驗差異 128
6.4.5 5%PCM-O-C與5%PCM-O-T模擬比對與實驗差異 130
6.5 銅管效應 133
Chapter 7 第七章 結論與建議 137
7.1 結論 137
7.2 建議 138
參考文獻 139


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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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