【摘 要】
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熔融盐由于具有蒸汽压力低、工作温度高、热稳定性良好等优势,在集中式太阳能热发电系统中可作为传热和蓄热工质。然而,熔融盐的关键热物性参数——热导率和比热容较低,造成发电系统效率降低,规模增加等问题,进而导致了发电系统成本增加。将纳米颗粒添加至熔融盐中形成纳米流体是改善熔盐热物性的有效途径。本文通过Materials Studio软件建立了添加不同直径、不同质量分数纳米颗粒的纳米流体,以及纯Hitec
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熔融盐由于具有蒸汽压力低、工作温度高、热稳定性良好等优势,在集中式太阳能热发电系统中可作为传热和蓄热工质。然而,熔融盐的关键热物性参数——热导率和比热容较低,造成发电系统效率降低,规模增加等问题,进而导致了发电系统成本增加。将纳米颗粒添加至熔融盐中形成纳米流体是改善熔盐热物性的有效途径。本文通过Materials Studio软件建立了添加不同直径、不同质量分数纳米颗粒的纳米流体,以及纯Hitec盐模型,并通过LAMMPS软件完成所有分子动力学模拟。首先,以添加SiO2纳米颗粒的Hitec盐基纳米流体为研究对象,分别利用平衡分子动力学方法和能量涨落方法模拟计算了热导率和比热,并分析了均方根位移和扩散系数,径向分布函数,粒子密度分布,粒子轨迹等以揭示物理机理。其次,分析径向分布函数发现,纳米颗粒添加导致Na原子和NO3-中的N原子间的配位数增加,粒子之间的作用力增强,因而引发纳米流体的热导率升高;分析基液离子密度发现,添加物表面附近存在压缩层;压缩层的密度高于基液。通过跟踪不同时刻下压缩层内粒子位置发现,与基液离子的自由运动不同,层内离子始终跟随纳米颗粒运动,需要提供额外的能量打破该运动约束,引发纳米流体比热升高。研究还发现,熔盐热导率随着体系温度的升高而减小,比热随温度升高呈现先减小后增大的趋势。随着纳米颗粒质量分数/粒径变大,熔盐纳米流体比热单调减小,而热导率出现非单调变化。试验分析显示:当纳米颗粒的质量分数为2%,4%和6%时,纳米流体热导率分别提高了 5.75%,6.47%和0.05%,比热容分别提高了9.70%,4.70%和2.00%。扩散系数结果表明,纳米颗粒添加并不会强化基液微对流。本文的研究结果可为熔盐基纳米流体的设计和制备提供一定的技术指导。
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