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%。     

添加纳米MgO和SiO_2颗粒对二元碳酸盐(Li_2CO_3-K_2CO_3)比热容的影响

熔盐作为一种新型传热工质,由于其液体使用范围宽,比热容相对较高,蓄热能力强,已被广泛应用于聚热太阳能电站的储热传热介质,而通过增强熔盐的比热容可以显著提高其储热密度。将纳米Si O_2和MgO颗粒分别均匀分散到二元共晶碳酸盐(Li_2CO_3-K_2CO_3)中,制备出两种稳定的纳米流体,采用差式扫描量热法(DSC)分析纳米颗粒对熔盐比热容的影响。实验结果显示,添加20 nm的纳米颗粒对碳酸盐的比热容有显著影响:通过添加纳米MgO和Si O_2颗粒,纳米熔盐比热容相比基盐分别平均提高了27.5%～34.1%,11%～20.7%。经过多个固-液循环后,测得两种纳米流体的比热容变化率均低于4.31%,且具有良好的热稳定性。采用电子扫描显微镜表征纳米流体的微观结构,纳米流体在固态时的SEM图像显示在熔盐表面形成了特殊的纳米结构。     

纳米颗粒SiO2和CaCO3对混凝土动力特性的影响

制备了掺量为0.2％的纳米SiO2(NS)和纳米CaCO3(NC)混凝土,之后采用φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置测试了养护龄期为28 d的两种混凝土在不同应变率等级下的动力特性并与普通混凝土(PC)进行对比研究.结果表明,准静态荷载下,NC比PC和NS表现出更高强度和更好的变形性能;动荷载作用下,当平均应变率为75 s-1时,NC、NS动态抗压强度为PC的112.6％和94.2％,125 s-1时分别为PC的108.8％和94.4％.从韧度的评价指标来看,纳米CaCO3颗粒可更有效发挥对混凝土的增韧优势,在应变率为75 s-1和125 s-1时,全韧度比PC增幅达到53.8％和34.0％.     

纳米SiO2在添加磁性大颗粒磁场流化床中的流态化

研究了纳米SiO2在添加磁性大颗粒磁场流化床中的流化性能,实验中通过测量其床层膨胀曲线、床层压降曲线以及塌落曲线表明:磁性大颗粒在交变磁场下的振动作用可以破碎流化床中纳米SiO2的大聚团.使床层压降和床层膨胀明显增大,流化质量获得显著提高.实验同时考察了磁场强度、磁性颗粒的添加量以及不同的静床高度等参数对流化性能的影响.获得了最佳工艺操作条件.     

SiO2纳米颗粒对水相泡沫稳定性的影响

采用SiO_2纳米颗粒分别与阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、非离子表面活性剂十二烷基醇聚氧乙烯（3）醚（AEO-3）复配制备水相泡沫,研究了发泡体积、半衰期和微观结构的变化规律,以揭示SiO_2纳米颗粒对水相泡沫稳定性的影响机理。结果表明,在表面活性剂质量分数一定的条件下,随着纳米颗粒质量分数的增加,泡沫稳定性逐渐增强,当纳米颗粒质量分数为0.3%时,发泡体积达最大值,含气率分别为78.9%,78.4%和78.8%。与单组分质量分数分别为0.3%,0.3%和15%的SDS、CTAB、AEO-3体系相比,发泡体积未受影响,半衰期分别为9.0,8.2和360?min,提高了20%,28.1%和71.4%,泡沫的稳定性得到了不同程度的改善。     

纳米SiO2颗粒对PU树脂热稳定性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备纳米SiO2颗粒，并以此制备了SiO2／PU复合材料，用扫描电子显微镜、红外光谱仪、量热示差扫描仪和热重法分别表征了纳米复合树脂材料的结构和形态及热稳定性。结果表明，纳米SiO2能够均匀地以纳米尺寸分散于Pu树脂中，并与PU中的基团发生了化学反应，形成了键合。SiO2对PU树脂的耐低温性能影响不大，却提高了树脂的热稳定性能，使树脂的使用温度范围变宽。     

添加碳素复(混)合相变储热材料的研究及应用进展

相变储热材料因具有储热密度大、相变温度变化小且过程易控制等优点而在许多领域具有重要应用。但传统的相变储热材料存在导热系数低及固-液相变过程中液态泄漏问题,阻碍了其实际应用。碳材料如石墨、碳纤维、碳泡沫和膨胀石墨,他们都具有高导热系数、低密度和良好的化学稳定性。将碳材料添加到相变储热材料中或与相变储热材料进行复合,从而构成碳素复(混)合相变储热材料,储热材料的导热系数及其性能可明显提高。本文综述了碳素复(混)合相变储热材料的研究进展。利用膨胀石墨的多孔特性吸附有机物制备膨胀石墨基复合相变储热材料,其储热密度大、导热系数高、性能稳定、成本低且在固-液相变过程中没有液态的流动性问题,是未来研究和应用最重要的碳素复合相变储热材料。     

使用环境对SiO2纳米颗粒表面亲油性的影响

利用Washburn法对SiO_2纳米颗粒的表面亲油性进行了测定,系统地研究了使用环境对其亲油性的影响规律。结果表明:当pH值、温度、盐浓度、盐种类以及使用时间变化时,疏水型SiO_2纳米颗粒的表面亲油性明显增强。其中,在pH=13、温度为20℃、使用时间为2 h时,增强最明显。此外,盐度较大时,有利于提高SiO_2纳米颗粒的表面亲油性。最后,亲水型SiO_2纳米颗粒表面亲油性的变化趋势与上述类似。盐浓度、使用时间等变化时,其表面亲油性也有所增强。     

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。     

质量浓度对TiO2-导热油基纳米流体比热容的影响

本文利用HC2100流体比热测试系统,测量了3种不同质量浓度的TiO_2-导热油基纳米流体的比热容,研究了纳米颗粒质量浓度对比热容的影响规律,得到了纳米流体比热容与质量浓度和温度之间的关系式。实验结果表明:在导热油中加入TiO_2纳米颗粒,相同温度下与基液相比,导热油的比热容会有明显的增大。且随温度的升高,纳米流体的比热容也会随之升高。纳米流体的比热容随纳米颗粒质量浓度的增加,会出现先增大后减小的情况。TiO_2-导热油基纳米流体比热容与温度和质量浓度之间有十分显著的线性关系。     

Increment of specific heat capacity of solar salt with SiO2 nanoparticles

Thermal energy storage (TES) is extremely important in concentrated solar power (CSP) plants since it represents the main difference and advantage of CSP plants with respect to other renewable energy sources such as wind, photovoltaic, etc. CSP represents a low-carbon emission renewable source of energy, and TES allows CSP plants to have energy availability and dispatchability using available industrial technologies. Molten salts are used in CSP plants as a TES material because of their high operational temperature and stability of up to 500°C. Their main drawbacks are their relative poor thermal properties and energy storage density. A simple cost-effective way to improve thermal properties of fluids is to dope them with nanoparticles, thus obtaining the so-called salt-based nanofluids. In this work, solar salt used in CSP plants (60% NaNO₃ + 40% KNO₃) was doped with silica nanoparticles at different solid mass concentrations (from 0.5% to 2%). Specific heat was measured by means of differential scanning calorimetry (DSC). A maximum increase of 25.03% was found at an optimal concentration of 1 wt.% of nanoparticles. The size distribution of nanoparticle clusters present in the salt at each concentration was evaluated by means of scanning electron microscopy (SEM) and image processing, as well as by means of dynamic light scattering (DLS). The cluster size and the specific surface available depended on the solid content, and a relationship between the specific heat increment and the available particle surface area was obtained. It was proved that the mechanism involved in the specific heat increment is based on a surface phenomenon. Stability of samples was tested for several thermal cycles and thermogravimetric analysis at high temperature was carried out, the samples being stable.

PACS

65.: Thermal properties of condensed matter; 65.20.-w: Thermal properties of liquids; 65.20.Jk: Studies of thermodynamic properties of specific liquids     

熔盐储热材料比热容强化的研究进展

强化熔盐材料比热容可以有效增强熔盐材料的蓄热能力,减小蓄热系统面积及热损失,进而降低蓄热成本,是近年来中高温储能领域的研究热点。本文主要从熔盐储热材料比热容强化的必要性、强化方法和强化机理等方面综述了近年来熔盐传热蓄热材料比热容强化的研究进展。具体阐述了添加可溶性添加剂和掺杂异质纳米颗粒形成纳米流体两种强化熔盐比热容的方法及目前存在的问题,重点探讨了熔盐纳米流体的制备方法、异质纳米颗粒体系、强化效果及比热容强化机理等问题。此外,指出了当前利用纳米流体强化熔盐储热材料比热容方面存在的不足：研究体系单一、悬浮稳定性差和比热容强化机理不完善等,并对熔盐纳米流体的未来发展方向,即多体系熔盐纳米流体的开发,多手段比热容强化机理的揭示和多方法熔盐纳米流体物性的测量进行了展望。     

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。     

萘普生比热容和燃烧焓的测定

用XRY-1C氧弹式量热计测定了萘普生的标准摩尔燃烧焓,其值为-7 026.5 kJ/mol,并用萘作标准物检测了仪器的可靠性,标准摩尔燃烧焓测定值与文献值的绝对误差为4.53 kJ/mol,相对误差为0.088%。结合热力学原理,计算出萘普生的标准摩尔生成焓为-483.5 kJ/mol。用DSC-60差示扫描量热仪测定了萘普生和苯甲酸在不同温度范围内的比定压热容,并建立起比定压热容随温度的变化关系,为萘普生的工艺开发、工程设计以及工业化生产提供了热力学基础数据。     

硬脂酸/二氧化硅复合相变储热材料制备及性能研究

采用“溶胶-凝胶”工艺制备出具有不同硬脂酸质量分数的硬脂酸/二氧化硅复合相变储热材料,运用SEM、XRD和DSC等手段对复合相变储热材料的结构与性能进行了表征和测试。复合相变储热材料是硬脂酸嵌入到二氧化硅三维纳米网孔中形成的,其相变温度和相变潜热均随硬脂酸质量分数的增加而增大,且相变温度低于纯硬脂酸,相变潜热与对应质量分数下的硬脂酸相当。实验结果表明,硬脂酸/二氧化硅复合相变储热材料具有储热密度大、性能稳定以及导热系数较高等优点。     

纳米粒子对熔盐复合蓄热材料热物性的影响

为了得到SiO₂纳米粒子含量对SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合蓄热材料比热容和热导率的影响，通过机械分散法，采用NaNO₃-KNO₃和不同质量分数（0.1%，0.5%，1%，2%，3%）的SiO₂纳米粒子所形成的熔盐纳米材料作为蓄热材料，膨胀石墨（EG）作为基体材料，制备出纳米SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合材料。对复合材料的比热容和热导率进行了测量，同时用扫描电镜对其微观结构特征进行了分析。结果表明，SiO₂纳米粒子的质量分数为1%时，复合材料的平均比热容和热导率分别为3.92 J/(g·K)和8.47 W/(m·K)，与其他纳米SiO₂添加比例相比，其比热容和热导率分别提高了1.37～2.17倍和1.7～3.2倍。这是由于复合材料表面会形成高密度的网状结构，这种具有较大比表面积和高表面能的特殊纳米结构可以提高复合材料的比热容和热导率。     

炭黑对轮胎胎面胶比热容影响的试验研究

利用激光导热仪测定填充不同用量炭黑N220的胶料在温度范围为25～140 ℃内的比热容.分析发现,胶料的比热容随温度的升高而线性增大,随炭黑用量增大而降低;用最小二乘法拟合出比热容与温度和炭黑用量的试验关系式.计算值与试验值的平均相对误差为3.09%,可以较好地满足工程计算的需要.     

一种比定容热容测量装置

比定容热容是基础状态方程建立和工程计算的基础热数据。基于绝热量热法研制了一种比定容热容测量装置,使用混合工质节流制冷机实现大温跨制冷并提供稳定的冷量;通过设置双层被动式控温防辐射屏并自主设计PID控温程序,在整个测量过程中样品容器与防辐射内屏的温差小于0.2 K,有效减小了辐射漏热;温度计内置于样品容器,减小了温度梯度,测温更加准确。通过测量异丁烷在279.10～323.68 K温区的压缩液体比定容热容对实验装置的可靠性进行验证。异丁烷的实验数据与文献数据具有较好的一致性,且与REFPROP 9.1的计算值对比最大绝对偏差为1.63%,平均绝对偏差为0.88%。     

亚临界和超临界压力下液态正癸烷比定压热容实验研究

为了准确测量液态正癸烷的比定压热容,采用流动型绝热量热法,搭建了一套适用于亚临界和超临界压力下的流体比定压热容测量系统。对温度为311~570 K、压力为0.12~6.02 MPa的正癸烷比定压热容进行测量,结果表明比定压热容随温度的升高而增加,但压力对正癸烷的比定压热容影响较小,并将实验值与文献值进行对比,结果表明两者的最大相对偏差在5.0%以内,平均相对偏差在1.39%以内。将实验值与Guseinov模型和Garg模型两种经验模型进行对比,并在两种经验模型的基础上,提出改进后的比定压热容模型。改进后的模型精度较高,其最大绝对偏差为1.32%,平均相对偏差为0.53%,可为其他碳氢燃料的比定压热容的推算提供基础和参考依据。