添加纳米SiO_2对单组分及二元硝酸盐热物性的影响

熔盐作为相变材料,可以用作聚热太阳能电站中的储热介质,通过向基盐中添加不同比例的纳米材料可以显著增强熔盐的热物性。将20 nm的SiO_2纳米颗粒分别分散到硝酸钾、硝酸钠和solar salt (60%NaNO_3, 40%KNO_3,均为质量分数)中制备成稳定的纳米流体,制备的每一种纳米流体都经过溶解、超生、干燥蒸发等过程。采用差式扫描量热法测量熔盐的比热容、熔化潜热、熔点等热物理性质,并采用激光闪射法对基盐和纳米熔盐的热扩散系数进行测量和分析。结果表明,SiO_2颗粒的添加对硝酸钠、硝酸钾和solar salt的熔化潜热、比热容和热导率等热物理性质有显著的影响。与基盐相比,solar salt、硝酸钾和硝酸钠在液态的比热容值分别增加了4.7%~15.89%、3.9%~33.5%、1.9%~11.86%;测得的热导率分别最大增加了17.16%、39.7%、9.5%。     

添加纳米SiO2对单组分及二元硝酸盐热物性的影响

熔盐作为相变材料,可以用作聚热太阳能电站中的储热介质,通过向基盐中添加不同比例的纳米材料可以显著增强熔盐的热物性。将20 nm的SiO₂纳米颗粒分别分散到硝酸钾、硝酸钠和solar salt （60% NaNO₃,40% KNO₃,均为质量分数）中制备成稳定的纳米流体,制备的每一种纳米流体都经过溶解、超生、干燥蒸发等过程。采用差式扫描量热法测量熔盐的比热容、熔化潜热、熔点等热物理性质,并采用激光闪射法对基盐和纳米熔盐的热扩散系数进行测量和分析。结果表明,SiO₂颗粒的添加对硝酸钠、硝酸钾和solar salt的熔化潜热、比热容和热导率等热物理性质有显著的影响。与基盐相比,solar salt、硝酸钾和硝酸钠在液态的比热容值分别增加了4.7%～15.89%、3.9%～33.5%、1.9%～11.86%;测得的热导率分别最大增加了17.16%、39.7%、9.5%。     

K2SO4-Na2SO4系统相变材料的热物性分析

利用已有的热力学数据,对硫酸钠和硫酸钾相变材料的热力学稳定性、饱和蒸汽压等热物性进行了计算分析,探讨了莫来石作为硫酸盐相变材料基体的可行性.由热力学计算和分析可以看出,硫酸钠和硫酸钾在1100℃的高温下发生分解反应的平衡常数都极小,很难发生分解.硫酸钠即使在1200℃的饱和蒸气压也很低,是一种很有前途的相变材料,同时混合熔盐也表现出了非常低的蒸气压,计算数据和实验的热失重分析相吻合.研究结果表明,通过热物性相关参数的设计计算可以为相变储能材料的实际应用提供依据.     

纯度对NaNO3-KNO3-Mg(NO3)2三元熔盐储能材料热物性及腐蚀性能的影响

利用盐湖丰产的氯化钾、水氯镁石和副产的芒硝为原料,采用离子交换法制备出高纯NaNO₃-KNO₃-Mg(NO₃)₂三元熔盐储热材料(NKM),通过与工业级硝酸钠、硝酸钾和硝酸镁为原料制得的NKM熔盐储热材料对比,发现纯化可提高NKM熔盐的热稳定性,并在一定程度上扩展储热材料的使用温度范围。根据DSC/TG-MS热分析数据,得到提纯后的NKM熔盐熔点降低为159.1℃,相变潜热提升30.6%,分解温度从431.2℃提升到448.5℃。这不仅满足了未来太阳能热发电技术发展的需求,而且在太阳能热发电领域具有广阔的应用前景。     

混合硝酸熔盐的制备及其性能研究

采用静态法以硝酸钾、硝酸钠为二元基元和添加剂构成多元混合硝酸熔盐。通过DTA热分析、重量法、阿基米德法、激光闪射法等对熔盐的熔点、熔化热、密度、导热系数、热稳定性等性质进行了表征；同时研究了8种金属材料在熔盐中的耐蚀性。实验结果表明：加入添加剂能降低熔点、增加熔化热、提高热稳定性。当添加4% additive-X（无机硝酸盐系列加少量硅系列产品）时混合熔盐热稳定性与热物性最优，且熔盐对金属材料腐蚀性小，是一种未来太阳能热发电领域理想的传热蓄热介质。     

纳米粒子掺杂太阳盐复合材料热物性研究

在聚光式太阳能系统中,熔盐被视为良好的储热材料,具有成本低、使用安全、低饱和蒸汽压等特点。合理改善其热物性可实现太阳能高效利用,掺杂纳米颗粒可提高熔盐的储热及传热性能。在之前工作中,采用高温静态熔融法将纳米氧化铝（Nano alumina,NA2）掺杂于太阳盐（SS,质量分数为60%的硝酸钠与质量分数为40%的硝酸钾的混合物）中,获得了具有较高比热容的纳米流体（NA2-SS,N2S）。在此基础上,采用相同方法将纳米石墨粉（GP）和NA2同时掺杂于SS中（NA2-GP-SS,N2GS）,利用差式扫描量热法和瞬态平面热源法对体系比热和导热进行测试。结果表明,优化样品为N2GS-4,比热容与原样SS相比提升21.79%,导热提升20.69%,在高温状态下具有较好的热稳定性。N2GS-4作为一种硝酸盐基纳米复合蓄热材料在热能存储系统中具有广阔的应用前景。     

基于镜像热源原理测定固体材料热物性的方法及应用

基于平行热线法结合镜像热源原理,提出了一种新的固体材料热物性参数测算模型,在热线法测试原理的基础上,以试样绝热边界为界线,设与真实热源对称位置处存在虚拟镜像热源,以此消除绝热边界造成的热积聚效应影响,测试时可不需再限制实验时间和试样厚度. 当相邻时刻材料的热物性参数计算结果大于判别准则时,引入镜像热源对计算温度进行修正. 为防止修正过程所用热物性参数对实验初期计算值的依赖,模型对实测温度进行两次修正. 以石棉板为研究对象,理论分析结合计算结果表明,两次修正结果不同,但差异不大,且第二次修正后各组热物性参数计算结果更稳定. 对石棉板、大理石、硼硅玻璃、硅砖等4种材料的薄板和厚板进行了热物性测定,结果与文献值较吻合,最大误差均小于5%,验证了本测定方法适用于薄板和厚板试样,有效提升了热线法测定精度,扩大了应用范围.     

高温熔盐的热物性测试及热稳定性分析

为满足太阳能高温传热、蓄热的要求,以价格便宜的氯化物为原料,通过静态熔融的方法配制出新型混合熔盐,并采用热重差热联用热分析仪及其他实验手段对熔盐的熔点、相变潜热及热稳定性进行了表征。实验结果表明:氯化物的混合熔盐具有较低的熔点,合适的潜热值及高温下良好的热稳定性的特点。氯化物熔盐的适宜使用温度在550~800℃。该实验研究为氯化物熔盐在太阳能高温利用中的使用提供了宝贵数据。     

耐火材料热物性的闪光测定法

较详细地介绍了用闪光法测量材料热物性的原理、特点及测试过程中对热物性指标的影响因素和技术要求,并简述了使用该方法产生误差的原因、修正方法及减小误差的途径。     

高温熔盐相变蓄热器模拟研究

为了模拟分析了用于太阳能热发电系统的相变蓄热器蓄热性能,选择导热油为传热流体,高温熔盐作为相变蓄热材料,通过数值计算对相变蓄热器进行模拟分析,研究其蓄热特性。通过改变入口速度和入口温度来分析其蓄热规律,然后在优化设计中提出了变管径思路来探究相变蓄热器的蓄热性能。结果表明,在导热流体处于湍流时,提高入口速度对蓄热影响不大,而提高导热流体的初始温度则大大提高了蓄热性能,变管径方案可以减少相变蓄热的总时间。     

功能化石墨烯掺杂熔盐的制备及性能研究

通过物理混合方法,在由硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂组成的熔盐中加入不同量的氧化石墨烯（GO）、钠化石墨烯（Na-GO）和钾化石墨烯（K-GO）,制得3个系列熔盐复合材料,考察功能化石墨烯的含量,氧化、钠化、钾化对熔盐复合材料熔点、热分解温度、热传导率、黏度等物化性质的影响。结果发现在添加量为0.1%~5%范围内,随着功能化石墨烯添加量的增加,熔盐复合材料的熔点先逐渐下降,后下降趋平缓,其中Na-GO对熔盐熔点下降作用最为明显;熔盐复合材料的起始分解温度随着功能化石墨烯添加量的增加而提高。GO、Na-GO和K-GO的加入提高了熔盐复合材料的热传导率,降低了其流动性能。综合考虑各种因素,在熔盐中添加0.5%~1%的Na-GO,所得熔盐复合材料的综合性能较好。     

混合熔融盐低温共熔区的密度计算

通过建立理论模型，计算熔融盐的密度并与实验数据做比较，进行误差分析得出二次多项式模型是最佳的计算方法。混合熔融盐熔点到各组分盐熔点之间的温度区域,称之为“低温共熔区”。其熔融盐是固液共存状态，热物性无法直接测量，必须采用理论研究与实验验证相结合的方法来获取。采用二次多项式模型，利用外插法对混合熔融盐低温共熔区的密度进行计算，得到了全温度范围内的密度并且误差很小，证明此理论计算方法是可行的。在研究混合熔融盐密度时，为了减小误差，实验数据均来自同一文献或者同一研究组。     

耦合相变储热的金属氢化物反应器吸氢过程模拟

基于金属氢化物储氢反应,建立了相变材料蓄热的固体储氢反应器模型,模拟研究了吸氢压力等操作参数及相变材料的相变温度、固(液)态导热系数、相变潜热等物性参数对固体储氢反应器工作过程的影响. 结果表明,相变材料的固态导热系数和相变潜热对固体储氢反应器性能的影响较小,相变温度和液态导热系数对反应器性能影响较大. 相变温度越低,液态导热系数越大,储氢反应器性能越好. 在使用最优的相变材料储能时,提高充入氢气的压力可加快反应速率,强化相变材料的传热,有助于进一步优化反应器的储氢性能.     

纳米SiO2粒子对低熔点混合硝酸盐热物性影响

为探究纳米粒子对低熔点混合硝酸盐热物性的影响规律,采用高温熔融分散法将平均粒径20 nm的SiO₂纳米粒子以1%（质量）比例直接分散到混合熔盐[Ca（NO₃）₂·4H₂O-KNO₃-NaNO₃-LiNO₃]中得到不同分散条件下的熔盐纳米复合材料。采用同步热分析仪（DSC）与激光闪射仪（LFA）测量熔盐纳米复合材料比热容与热扩散系数,进而得到热导率。分析发现,600 r/s搅拌速率下熔盐纳米复合材料热物性随分散时间（15,45,90,120和150 min）发生明显变化。比热容、热扩散系数和热导率在分散45 min时提高率最大,平均提高率分别为11.5%,12.9%和26.4%。扫描电镜（SEM）观察到熔盐纳米复合材料表面有大量特殊结构（类似于链状或条状）存在。这些具有高比表面积和表面自由能的特殊结构可能是熔盐纳米复合材料热物性提高的关键。     

混合碳酸盐的DSC测量与比热容分析

混合熔盐由于具备大热容量、低成本、低蒸气压、低黏度、宽使用温度范围等优点,目前已成为公认的颇具潜力的传热蓄热介质。为了满足太阳能高温传热蓄热的要求,本文按照不同混合比例配制了36种三元混合碳酸盐（碳酸钾-碳酸锂-碳酸钠）。采用差示扫描量热法和热重法测量了混合熔盐的熔点、分解温度和比热容,并拟合了比热容与温度的函数关系式。实验结果表明,三元混合碳酸盐的熔点基本保持在400℃左右,分解温度在800～850℃范围内,部分熔盐的分解温度高达900℃;测量时应注意熔盐在冷却过程中出现的部分组分偏析的现象;多数混合熔盐的比热容与温度的四次多项式拟合良好。     

制备方法对纳米熔盐储热性能及形成机理的影响

纳米材料能够改善高温熔盐的传热储热性能,提升大规模储热系统的储热和热交换效率,但目前仍未找到纳米熔盐的高效大规模制备方法。为优选纳米熔盐的高效大规模制备方法,以二元混合盐为基盐,采用高温熔融法和水溶液法分别制备纳米熔盐,用差示扫描量热法、热重分析法和微观形貌分析法,研究制备方法对纳米熔盐显热和储热性能提升、微观结构的影响,探索纳米熔盐形成机理。结果表明,两种制备方法均在搅拌90 min时制备的纳米熔盐性能达到最优,且高温熔融法制备纳米熔盐的熔化潜热和比热容分别比水溶液法高2.6%和28.18%;两种方法制备纳米熔盐的熔点较小,但对纳米熔盐的微观形貌存在明显影响,云核的形成与结构影响着纳米熔盐的储热性能。相比水溶液法,高温熔融法工艺简单,过程能耗低,纳米熔盐储热性能更好,适用于纳米熔盐的大规模生产和工程应用。     

Molecular dynamics and phenomenological simulations of an aluminum nanoparticle

Molecular dynamics simulations of melting of aluminum nanoparticles are performed with the use of the DL POLY software package and embedded atom potential method for determining the thermal conductivity. Analytical approximations for the dependences of the thermal conductivity and specific heat on the temperature and particle size are reported. Based on the thermophysical parameters obtained in the study, the problem of nanoparticle melting is solved within the framework of the phenomenological approach.     

用于储热新型低熔点二元无机盐特性研究

通过对熔盐的热物性分析,研究一种新型低熔点熔盐进行储热,能够有效解决传统燃煤供暖所产生的环境污染等诸多问题。熔盐材料由于高温下的稳定性好、成本低及导电性能良好等特点成为了与新能源结合的研究热点。由于常用的二元混合熔盐熔点约为221 ℃,而供暖系统传热介质温度较低,高熔点熔盐对于供暖系统并不适用,所以开发熔点较低的熔盐用于供暖系统成为了研究热点。通过试验测试的方法对熔盐混合配比进行调整,开发了熔点较低的新型熔盐,并通过大温差储能供暖系统中的应用进行了有效性验证。     

炭砖的导热性能及其影响因素的研究

应用计算机运控的激光热导仪,对不同化学成分、密度和热历史的炭砖的导热系数进行了对比分析和研究,提出了一个由导热性能数据判断炭砖可继续使用的新方法。