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铝纳米流体集热工质的制备与性能研究

宋玲利  
【摘要】:随着纳米科技的发展,纳米流体因其独特的热物理性质而成为当今研究的热点。纳米流体是指将纳米级的金属或非金属粒子以一定的方式和比例添加到传统换热介质中,制备成均匀、稳定、高导热的新型传热工质。集热器作为集热系统的重要元件,将纳米流体用于其中可显著改善集热性能。因此,对应用于太阳能集热器的纳米流体的热物性参数及其特殊的光热性能的研究是将其应用于太阳能热利用领域的创新性研究,具有重要的应用价值。 本文通过XRD对纳米铝粉颗粒进行了表征,采用“两步法”制备了铝纳米流体,通过添加分散剂和超声振动来改善铝纳米流体悬浮液的分散稳定性。利用沉降法和吸光度分析法对铝纳米流体的悬浮稳定性进行了表征,并获得铝纳米流体最佳的分散工艺:超声振动时间为50min,分散剂六偏磷酸钠的添加量为0.5g/L时,0.5g/L的铝纳米流体的悬浮稳定性最好。 采用NDJ-1型旋转式粘度计和HotDisk热常数分析仪测量了铝纳米流体在不同条件下的粘度和导热系数。结果表明:铝纳米流体的粘度随纳米粒子含量的增加而增大,随着温度的升高而减小,并对粘度的作用机理进行了一定的理论分析;铝纳米流体的导热系数随纳米粒子和分散剂含量的增加而增大。 通过测试不同超声时间和不同六偏磷酸钠添量的条件下所制备的0.5g/L的铝纳米流体暴晒前后的吸光度变化情况来分析铝纳流体的光热稳定性。结果表明铝纳米流体具有很好的光热稳定性。 采用302型远红外发射率测试仪对不同质量体积浓度的铝纳米流体和碳纳米管纳米流体在5~14μm波段的平均发射率进行了测量。结果表明:在测试条件一定的情况下,纳米流体的平均发射率随着纳米颗粒的质量体积浓度的增加而下降;在同样质量体积浓度下,铝纳米流体的平均发射率比碳纳米管纳米流体的要大。 通过铝纳米流体、碳纳米管纳米流体及其基液的闷晒实验来研究其光热转换性能。结果显示:铝纳米流体升温速率较基液和碳纳米管纳米流体的快,闷晒温度高出基液近25℃,高出碳纳米管纳米流体近10℃,显示出很好的光热转换性能。 由于铝纳米流体具有优异的光热特性,可以预料,将铝纳米流体用作直接吸收式太阳集热器的循环工质,将大大提高集热器的热效率。因此,纳米流体在太阳能热利用领域具有广阔的应用前景和潜在的巨大经济价值。


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