一種用于中高溫有機朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于中高溫有機朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)及制備方法，屬于能源與環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]熱量的傳遞幾乎滲透到了包括動力，化工，冶金，石化，材料等主要傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域以及生物質(zhì)能、太陽能、地熱能及核能等新能源領(lǐng)域。傳熱效率的高低直接影響到能源的有效利用率和利用水平，隨著節(jié)能工作的深入開展，強化傳熱技術(shù)越來越受到重視。
[0003]采用有機朗肯循環(huán)(ORC)能高效地將各種余熱、槽式拋物面聚焦太陽能、生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生熱能等高效地轉(zhuǎn)化為電能。但與采用水為循環(huán)工質(zhì)的水蒸氣朗肯循環(huán)(SRC)相比，ORC的有機循環(huán)工質(zhì)的傳熱性能較差，使得換熱設(shè)備的傳熱面積增大，降低了 ORC系統(tǒng)的經(jīng)濟性能。故本申請?zhí)岢鲈贠RC有機工質(zhì)中添加適當種類及濃度的納米粒子形成傳熱性能增強的納米循環(huán)工質(zhì)。納米顆粒的加入改變了有機工質(zhì)基液的熱物性參數(shù)如導(dǎo)熱系數(shù)、黏度、表面張力等，若選用恰當?shù)募{米粒子種類、基液種類和顆粒濃度進行優(yōu)化組合，再采用性能良好的穩(wěn)定劑，便可提高循環(huán)工質(zhì)在預(yù)熱器、蒸汽發(fā)生器及凝結(jié)器中的單相對流換熱和相變換熱系數(shù)，同時因納米顆粒的微尺度效應(yīng)，在蒸發(fā)及凝結(jié)過程中能夠穩(wěn)定均勻地分散在循環(huán)工質(zhì)中，不會像毫米或微米級粒子產(chǎn)生對系統(tǒng)管路、部件產(chǎn)生磨損、堵塞等不良后果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種用于中高溫有機朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)及制備方法。本發(fā)明選用恰當?shù)募{米粒子種類、基液種類和顆粒濃度進行優(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的納米循環(huán)工質(zhì)，本方法簡單易行，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。
[0005]—種用于中高溫有機朗肯循環(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:納米Cu。、Al2O3' T12, S12, BaCl2^ CNT (多壁碳米管)粒子0.01-10%,苯、甲苯、乙苯、丁苯、環(huán)己烷、R123、R113、八甲基三硅氧烷、六甲基二硅氧烷或十二甲基五硅氧烷89.5-98.8%，穩(wěn)定齊IJ 0.1-1.1%。
[0006]所述納米Cu0、Al203、Ti02、Si02、BaCl2S CNT粒子平均直徑為40nm，CuO、多壁碳納米管納米粒子顆粒為體型呈長方體的金屬有機載體空心框架，其他的納米粒子均為實心顆粒，具體制備方法通常采用氣相凝結(jié)發(fā)先生成一種反應(yīng)蒸汽，然后通過氧化、熱解、等離子、激光消融、激光熱解等方法在蒸汽中形成核并形成納米粒子。
[0007]所述穩(wěn)定劑由吐溫-20、吐溫-21、吐溫-40、吐溫-60、吐溫_61、吐溫-80、吐溫-81、吐溫-85聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、Span-80中的一種分散劑以及0P_4、0P-7辛烷基酚聚氧乙烯醚非離子型分散劑中的一種乳化劑任意比例組成。
[0008]—種上述的用于中高溫有機朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)的制備方法，其具體步驟如下: (1)首先將分散劑和乳化劑分別加入到有機工質(zhì)中攪拌均勻得到混合有機物；
(2)將通過氣相凝結(jié)法生成的納米粒子加入到步驟(I)得到混合有機物中，在頻率為20~30KHz條件下超聲振蕩形成穩(wěn)定的納米循環(huán)工質(zhì)。
[0009]用于中高溫有機朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)是指在200°C以上的溫度下使用的納米循環(huán)工質(zhì)。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
(I)采用本發(fā)明制備的中高溫有機朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)，通過納米流體中懸浮的納米粒子受布朗力等力的作用，作無規(guī)擴散，布朗擴散、熱擴散等現(xiàn)象存在于納米流體中，納米粒子的微運動使得粒子與液體間有微對流現(xiàn)象存在，這種微對流增強了粒子與液體間的能量傳遞過程，進一步增大了納米流體的單位面積傳熱量。
[0011](2)由于固體納米粒子的導(dǎo)熱系數(shù)遠比液體大，納米顆粒的加入改變了有機工質(zhì)基礎(chǔ)液體的結(jié)構(gòu)，增強了循環(huán)工質(zhì)內(nèi)部的能量傳遞過程，使得導(dǎo)熱系數(shù)與普朗特數(shù)增大，使得管內(nèi)流體的強化流動沸騰換熱得到顯著增強。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合【具體實施方式】，對本發(fā)明作進一步說明。
[0013]實施例1
該用于中高溫有機朗肯循環(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:納米CuO粒子3%，甲苯有機工質(zhì)96.7%，穩(wěn)定劑0.3%，穩(wěn)定劑為體積比30:70的吐溫-20聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和0P-4辛烷基酚聚氧乙烯醚。
[0014]該上述的用于中高溫有機朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)的制備方法，其具體步驟如下:
(O首先將分散劑和乳化劑分別加入到有機工質(zhì)中攪拌均勻得到混合有機物；其中分散劑為吐溫-20聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，乳化劑為0P-4辛烷基酚聚氧乙烯醚，分散劑與乳化劑的體積比為30:70，分散劑與乳化劑組成的穩(wěn)定劑加入量為納米循環(huán)工質(zhì)質(zhì)量的0.3% ;有機工質(zhì)為甲苯，有機工質(zhì)的加入量為納米循環(huán)工質(zhì)質(zhì)量的96.7%。
[0015](2)將通過采用氣相凝結(jié)發(fā)先生成一種反應(yīng)蒸汽，然后通過氧化、熱解、等離子、激光消融、激光熱解等方法在蒸汽中形成核并形成納米粒加入到步驟(I)得到混合有機物中，在頻率為25KHz條件下超聲振蕩10小時形成穩(wěn)定的納米循環(huán)工質(zhì)。
[0016]制備得到的納米循環(huán)工質(zhì)具有單位面積傳熱量大，導(dǎo)熱系數(shù)高，普朗特數(shù)增加等性能參數(shù)，與純甲苯相比具有單位傳熱效率提高10%，導(dǎo)熱系數(shù)增大42%，具有更強的管內(nèi)流動沸騰換熱等更優(yōu)越的參數(shù)條件。
[0017]實施例2
該用于中高溫有機朗肯循環(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:納米Al2O3粒子5%，八甲基三硅氧烷有機工質(zhì)94.7%，穩(wěn)定劑0.3%，穩(wěn)定劑為體積比40:60的吐溫-21聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和0P-4辛烷基酚聚氧乙烯醚。
[0018]該上述的用于中高溫有機朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)的制備方法，其具體步驟如下:
(O首先將分散劑和乳化劑分別加入到有機工質(zhì)中攪拌均勻得到混合有機物；其中分散劑為吐溫-21聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，乳化劑為0P-4辛烷基酚聚氧乙烯醚，分散劑與乳化劑的體積比為40:60，分散劑與乳化劑組成的穩(wěn)定劑加入量為納米循環(huán)工質(zhì)質(zhì)量的0.3% ;有機工質(zhì)為八甲基三硅氧烷，有機工質(zhì)的加入量為納米循環(huán)工質(zhì)質(zhì)量的94.7%。
[0019](2)將通過采用氣相凝結(jié)發(fā)先生成一種反應(yīng)蒸汽，然后通過氧化、熱解、等離子、激光消融、激光熱解等方法在蒸汽中形成核并形成納米粒加入到步驟(I)得到混合有機物中，在頻率為25KHz條件下超聲振蕩12小時形成穩(wěn)定的納米循環(huán)工質(zhì)。
[0020]制備得到的納米循環(huán)工質(zhì)具有單位面積傳熱量大，導(dǎo)熱系數(shù)高，普朗特數(shù)增加等性能參數(shù)，與八甲基三硅氧烷相比有具有單位面積傳熱效率提高12%，導(dǎo)熱系數(shù)增大38%，具有更強的管內(nèi)流動沸騰換熱等更優(yōu)越的參數(shù)條件。
[0021]實施例3
該用于中高溫有機朗肯循環(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:納米T12粒子0.01%，苯有機工質(zhì)98.8%，穩(wěn)定劑1.1%，穩(wěn)定劑為體積比40:60的吐溫-40聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯和0P-7辛烷基酚聚氧乙烯醚。
[0022]該上述的用于中高溫有機朗肯循環(huán)的納米循環(huán)工質(zhì)的制備方法，其具體步驟如下:
(O首先將分散劑和乳化劑分別加入到有機工質(zhì)中攪拌均勻得到混合有機物；其中分散劑為吐溫-40聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，乳化劑為0P-7辛烷基酚聚氧乙烯醚，分散劑與乳化劑的體積比為40:60，分散劑與乳化劑組成的穩(wěn)定劑加入量為納