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图1 常见液体、聚合物和固体导热系数的比较
表1 不同纳米流体热导率的增强情况
流体的换热情况与流体导热系数、流动情况及其换热方式有较大关系。对于纳米流体,纳米颗粒的添加可以提高流体的导热系数;纳米粒子的迁移性质大大增强了流体与外部热源的传热效果;纳米粒子较大的比表面积使其与基液之间可以进行快速换热,达到热平衡。高导热系数纳米粒子的添加使流体的传热性能得到较大的改善。(2)强化传热性质
三、纳米流体蓄冷储能应用
作为一种蓄冷工质,纳米流体的主要优点是:促进非均匀成核,提高存储/释放的效率;强化传热效率,加快储存/释放速率;降低基液的过冷度,有较高的相变潜热。
纳米流体因其优异的热学性能,在蓄冷应用领域具有一定的发展前景。电力需求侧管理的有效措施之一就是工业用谷电低温蓄冷[。刘玉东等人制备了稳定悬浮的TiO2-BaCl2-H2O纳米流体蓄冷材料。并通过实验表明,该纳米流体与BaCl2-H2O共晶盐水溶液作比较,其过冷度受到极大抑制,并且完成冷冻和释放能量的时间都大幅度减小,纳米流体有助于强化系统的总导热系数。郭蘅等用Al2O3-H2O纳米流体进行冷藏运输,通过对蓄冷时间分析,发现在基液中添加Al2O3纳米颗粒可大幅度减少蓄冷时间,且当颗粒粒径为10nm,质量分数为5%时,时间最短,有效地提高了能源利用率。王瑞星等利用纳米流体作为蓄冷工质来降低菜花的温度,菜花可以保持低温40h左右。研究表明,纳米流体作为蓄冷工质具有良好的释冷特性,能够释放更多的冷量。王晓霖等研究了多种新型相变材料在空调蓄冷方面的应用,实验证明纳米流体作为相变蓄冷材料具有合适的相变温度及较高的蓄冷密度,在空调蓄冷应用方面拥有极大的优势,对于建筑节能方面具有深远意义。
纳米流体作为一种新型的储能材料,在储能方面有着广泛的应用潜力。本文通过介绍纳米流体的分类、分散稳定性及蓄冷储能方面的应用,可以发现纳米流体在蓄冷储能方面拥有良好的发展前景,但也面临一些问题需要解决。
如何保持纳米流体的长期分散稳定性依然是纳米流体应用中的一个技术难题。通过加入分散剂可以有效提高纳米流体的稳定性,寻找价格低廉、分散效果良好的分散剂是提高纳米流体稳定的有效途径;另外,可对纳米粒子表面进行合理修饰以达到稳定分散的目的;同时也需要发展其他经济实用的提高纳米流体稳定性的方法。
纳米流体在蓄冷储能方面具有蓄冷密度高、蓄冷时间短,释冷效率高等特点。纳米流体在储能方面目前主要应用于空调蓄冷和冷藏运输等方面,在其他应用领域也有待开发。
文/贾亚峰1,2,尚玉明1,3,何向明1,3,李建军2
1.清华大学核能与新能源技术研究院
2.燕山大学
3.江苏华东锂电技术研究院
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