一種用于中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)，屬于資源與環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]熱量傳遞過程幾乎滲透到了工業(yè)中的各個(gè)領(lǐng)域，包括動(dòng)力、冶金、石油、化工、材料等傳統(tǒng)主體工業(yè)領(lǐng)域以及航空、電子、核能等高技術(shù)工業(yè)領(lǐng)域，由于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，強(qiáng)化傳熱技術(shù)在近幾十年獲得了廣泛重視和長足發(fā)展。強(qiáng)化傳熱不僅可提高傳熱效率，而且可降低傳熱設(shè)備和熱量輸運(yùn)系統(tǒng)的尺寸和初投資，同時(shí)可大大降低熱量輸運(yùn)過程中的能耗，對我國的節(jié)能和環(huán)保意義重大。
[0003]提高液體導(dǎo)熱系數(shù)的一種有效方式是在液體中添加金屬、非金屬或聚合物固體粒子。由于固體粒子的導(dǎo)熱系數(shù)比液體大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，室溫下銅的導(dǎo)熱系數(shù)是水的700倍，是機(jī)油的3000倍，金屬氧化物如氧化鋁的導(dǎo)熱系數(shù)也比單一液體大許多倍。因此，懸浮有固體粒子的兩相流體的導(dǎo)熱系數(shù)要比純工質(zhì)液體大許多。
[0004]近年來低沸點(diǎn)混合工質(zhì)以其特有的優(yōu)點(diǎn)被制冷界廣泛關(guān)注和大力研究，在高于200°C的中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)工質(zhì)選擇方面國內(nèi)外也做了一些研究:如美國的Eastean等研究了在乙二醇中添加0.3%體積份額的尺度在10nm左右的銅納米粒子，則形成的納米流體導(dǎo)熱系數(shù)比乙二醇提高40%以上。目前，國外在納米流體強(qiáng)化傳熱領(lǐng)域的研究，己完成了納米流體制備、納米流體輸運(yùn)參數(shù)測定和納米流體傳熱性能測試，正在開展納米流體強(qiáng)化傳熱機(jī)理以及應(yīng)用基礎(chǔ)的研究工作，己進(jìn)行的研究工作顯示了納米材料在強(qiáng)化傳熱領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0005]總的來看，在有機(jī)朗肯循環(huán)用于低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換方面的研究尚處于很初級(jí)的階段。因?yàn)檠h(huán)工質(zhì)的選擇對動(dòng)力循環(huán)性能的優(yōu)劣起到?jīng)Q定性的作用，因此對適合中低溫?zé)崮艿难h(huán)工質(zhì)的研究和開發(fā)顯得十分迫切。把新型的納米流體用于各種中低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)中對于增加透平輸出凈功，提高循環(huán)的熱效率，同時(shí)使余熱流最終的排放溫度降低，無論從中低溫?zé)崮艿睦眉夹g(shù)還是從環(huán)境保護(hù)的角度來說，該技術(shù)對節(jié)能減排都將具有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種用于中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)。本發(fā)明選用恰當(dāng)?shù)募{米粒子種類、基液種類和顆粒濃度進(jìn)行優(yōu)化組合，再采用性能良好的穩(wěn)定劑制備得到傳熱性能增強(qiáng)的納米循環(huán)工質(zhì)，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0007]—種用于中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)，該納米循環(huán)工質(zhì)包括以下質(zhì)量百分比組分:CuO、A1203、Ti02、Si02、BaCl2、CNT (碳納米管)、Al、Cu 或 Ni 納米粒子 0.001 ?10 %, Rll、R113、R114、R116、R12、R124、R152a、R142b、R143a、R22、R23、R123、R134a、R245fa、R32、丙烷、戊烷、異戊烷、正戊烷、正己烷、丁烷或異丁烷有機(jī)工質(zhì)89.0%~99.5%，分散劑0.01-0.04%，助表面活性劑0.5~11%。
[0008]所述納米粒子粒度為10~60nm，純度為99%。
[0009]所述分散劑為兩性離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑中的一種或任意幾種比例混合物。
[0010]所述助表面活性劑為醇類、胺類、酯類和醇醚類中的一種或兩種任意比例混合物。
[0011]所述兩性離子型表面活性劑為咪唑啉型咪唑啉雙羧酸鈉、1-羥乙基-1羧甲基-烷基咪唑啉、十二烷基甜菜堿、十二烷基丙基甜菜堿、磷脂型卵磷脂、磷酸甘油脂、多元醇葡糖酯型淀粉、烷基糖苷、月桂酰胺乙基羥乙基甘氨酸鈉。
[0012]所述非離子型表面活性劑為酯類聚氧乙烯、失水山梨醇脂肪酸酯(失水山梨醇單月桂酸酯Span20、失水山梨醇單硬脂酸酯Span60、山梨糖醇酐三硬脂酸酯Span65、失水山梨醇單油酸酯SpanSO、山梨糖醇酐三油酸酯Span85)、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯(吐溫-20、吐溫-21、吐溫-40、吐溫-60、吐溫-81)和辛烷基酚聚氧乙烯醚(0P_4、0P-7或0P-10)的混合物。
[0013]所述醇類為丁醇、乙醇、丙醇、乙二醇，胺類為正己胺、丙烯酰胺，酯為磷酸酯、脂肪酸酯，醇醚類為乙二醇醚、乙二醇單已基醚。
[0014]—種上述的用于中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)的制備方法，其具體步驟如下:
(1)首先將分散劑和助表面活性劑分別加入到有機(jī)工質(zhì)中攪拌均勻得到混合有機(jī)物；
(2)將納米粒子加入到步驟(1)得到混合有機(jī)物中，在頻率為20~30KHz條件下超聲振蕩10~50小時(shí)形成穩(wěn)定的納米循環(huán)工質(zhì)。
[0015]用于中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)是指在50°C以上至200°C以下的溫度下使用的納米循環(huán)工質(zhì)。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
(1)采用本發(fā)明制備的中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)，發(fā)現(xiàn)固體傳熱面附近氣泡變小且移動(dòng)速度變快，固體壁面形成的納米尺度多孔質(zhì)層、納米顆粒周圍分子吸附層以及納米顆粒對粘性底層擾亂而減小邊界層厚度，使工質(zhì)的單位面積傳熱量得到顯著增強(qiáng)。
[0017](2)由于固體納米粒子的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)比液體大，納米顆粒的加入改變了有機(jī)工質(zhì)基礎(chǔ)液體的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了循環(huán)工質(zhì)內(nèi)部的能量傳遞過程，使得導(dǎo)熱系數(shù)與換熱系數(shù)增大，管內(nèi)流體的強(qiáng)化流動(dòng)沸騰換熱得到顯著增強(qiáng)，通過納米流體數(shù)學(xué)物理計(jì)算模型計(jì)算得到本發(fā)明的換熱系數(shù)較純工質(zhì)平均提高30%。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0019]實(shí)施例1
該用于中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)，該納米循環(huán)工質(zhì)包括以下質(zhì)量百分比組分:Cu納米粒子0.1 %，R245fa有機(jī)工質(zhì)89.0%，分散劑0.04%，助表面活性劑10.86%，其中Cu納米粒子粒度為10nm，純度為99% ;分散劑為質(zhì)量比40: 60的0P-4與吐溫-81 ；
本實(shí)施例制備得到的用于中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)具有導(dǎo)熱系數(shù)高，單位面積傳熱量大，換熱系數(shù)高，降低邊界層厚度等性能參數(shù)，與R245fa有機(jī)工質(zhì)相比有導(dǎo)熱系數(shù)提高30%，換熱系數(shù)提高20%，具有更強(qiáng)的管內(nèi)流動(dòng)沸騰換熱等更優(yōu)越的參數(shù)條件。
[0020]實(shí)施例2
該用于中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)，該納米循環(huán)工質(zhì)包括以下質(zhì)量百分比組分:CuO納米粒子0.001%，R11有機(jī)工質(zhì)99.5%，分散劑0.03%，助表面活性劑0.469%，其中CuO納米粒子粒度為60nm，純度為99% ;分散劑為質(zhì)量比為1:1的咪唑啉型咪唑啉雙羧酸鈉和1-羥乙基-1羧甲基-烷基咪唑啉混合物，助表面活性劑為質(zhì)量比為1:1的丁醇和正己胺混合物；
本實(shí)施例制備得到的用于中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)具有導(dǎo)熱系數(shù)高，單位面積傳熱量大，換熱系數(shù)高，降低邊界層厚度等性能參數(shù)，與R11有機(jī)工質(zhì)相比有導(dǎo)熱系數(shù)提高32%，換熱系數(shù)提高25%，具有更強(qiáng)的管內(nèi)流動(dòng)沸騰換熱等更優(yōu)越的參數(shù)條件。
[0021]實(shí)施例3
該用于中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)，該納米循環(huán)工質(zhì)包括以下質(zhì)量百分比組分:1102納米粒子8%，R114有機(jī)工質(zhì)91.0%，分散劑0.04%，助表面活性劑0.96%，其中T1 2納米粒子粒度為50nm，純度為99% ;分散劑為質(zhì)量比為1:1的十二烷基甜菜堿和失水山梨醇單硬脂酸酯Span60，助表面活性劑為質(zhì)量比為1:1的乙醇和磷酸酯混合物；
本實(shí)施例制備得到的用于