Al2O-H2O纳米流体相变蓄冷特性研究

    节能和环保是能源利用领域中的重要课题。利用相变材料(Phase Change Materials，PCM)的相变潜热进行能量贮存是一项新型环保节能技术。目前相变蓄冷材料的研究焦点集中在新型蓄冷材料的开发及其热物性研究方面。

    随着纳米材料和纳米技术的迅速发展，新型纳米蓄冷材料引起人们的广泛关注[1-4]。1995年，Choi[5]提出了一个崭新的概念——纳米流体：即以一定的方式和比例在液体中添加纳米级金属或金属氧化物粒子，形成一类新的传热冷却工质。与传统的固-液混合物相比，纳米流体表现出很好的稳定性和流变特性，流体的导热性能得到大幅度提高。因此，将纳米流体应用在电子冷却、相变蓄冷[6]、空调等领域，且成为理想的散热剂或制冷剂具有十分广阔的前景。

    重庆大学刘玉东[7]、何钦波[8-9]把纳米TiO2粉体加入BaCl2共晶盐水溶液中，配制成TiO2-BaCl2-H2O纳米流体相变蓄冷材料，并研究了复合相变蓄冷材料的热物性和蓄/释冷特性，其导热系数显著增加，并且能大大降低过冷度。上海交通大学李金平博士[10]研究了制冷剂气体水合物在纳米流体中的生成过程，表明纳米粒子的加入使得气体水合物快速结晶和生长，通过此方法得到的HCFC141b气体水合物具有生成速度快、水合率高、静态生成过程等特点。Khanafer[11]等人建立了纳米流体在二维封闭腔内的对流换热模型，模拟结果表明纳米流体具有优良的对流换热性能。Khodadadi[6]等人利用数值计算和模拟的方法研究了Cu-H2O纳米流体的相变过程，纳米流体显示出较好的蓄/释冷特性，结冰速率比纯水明显加快。

    冰蓄冷是实现电网“移峰填谷”的有效手段，可有效缓解电力紧张局面[12]。针对动态蓄冰过程中蓄冷介质在封闭的系统中运行，即结冰－融冰循环适宜使用纳米流体这一特点，这里尝试利用纳米流体节能新技术来提高传统蓄冷工质的传热特性，并对纳米流体的相变蓄冷特性进行了一些基础研究。

    1   实验

    1.1   原料与仪器

    纳米Al2O3粉体，粒子形状基本为球形或类球形，粒径分布较均匀，颗粒平均粒径为20nm；分散剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS，化学纯，阴离子型)；PH调节剂用分析纯的盐酸和氢氧化钠；去离子水。

    KQ2200DE超声波清洗器；FA2004N电子天平；冷冻系统为DC-2006型低温恒温槽，最低温度可达-95℃，水泵流量为5L/min，载冷剂为40%(体积分数)的乙二醇水溶液；数据采集系统：型号为Agilent 3497A数据采集仪，感温头为铜－康铜T型热电偶，精度0.1℃，使用前用水银温度计进行了标定，温度信号测量误差小于0.5%；ECOO小型风冷节能快速制冰机。