纳米流体相变换热的研究

摘要

随着能源问题的日益突出,相变储能材料的研究逐渐进入人们的视野.本文的主要目的是改善石蜡相变材料的蓄能特性,通过添加导热系数较高的碳纳米管和氧化铝纳米颗粒,制备成乳浊液纳米流体和石蜡基复合材料,开发新型的相变蓄能材料,研究其导热系数和相变蓄能特性的变化.
　　实验中采用“剂在油中法”制备石蜡/水乳浊液,得到了稳定性和分散性较好的石蜡乳浊液.并以石蜡乳浊液为基液,用两步法制备了质量分数为0.05wt％、0.1wt%、0.2wt%、0.4wt%、0.6wt%、0.8wt%和1.0wt%的Al2O3/乳浊液、MWCNTs/乳浊液纳米流体.采用沉降法发现,制备的纳米流体具有较好的分散稳定性.通过Hot Disk热常数分析仪测量乳浊液、Al2O3/乳浊液和MWCNTs/乳浊液纳米流体的导热系数,研究了纳米颗粒种类、质量分数等对乳浊液纳米流体导热系数的影响.当纳米颗粒的质量分数较大时,纳米流体的导热系数随着纳米颗粒质量分数的增加而逐渐增大,且MWCNTs/乳浊液纳米流体的导热系数变化率较Al2O3/乳浊液纳米流体快.通过自行搭建的实验台,测量纳米流体相变过程的步冷曲线,实验结果表明:乳浊液的相变换热时间远小于去离子水,而纳米流体的相变时间与纳米颗粒的质量分数有关,在蓄冷过程中,纳米流体的过冷度随着纳米颗粒质量分数的增加而逐渐减小,且纳米流体的相变换热起始时间均大于乳浊液的相变换热起始时间,当纳米颗粒的质量分数较大时,其相变换热时间随质量分数的增加而逐渐降低;在储热过程中,碳纳米管和氧化铝纳米颗粒均对纳米流体的相变过程有影响,但碳纳米管的影响更加显著.
　　实验中还采用两步法,通过添加Span60为表面活性剂,制备了质量分数为0.05wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.5wt%、1.0wt%、2.0wt%、3.0wt%的石蜡基碳纳米管和石蜡基氧化铝复合材料,并测量了复合材料的相变储热、蓄冷过程.实验结果表明:石蜡基复合材料的布冷曲线受纳米颗粒的质量分数、换热容器的内径、复合材料的含量、纳米颗粒的种类等因素的影响.

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