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能源是人类生存和社会发展的物质基础,是经济发展和繁荣的最重要的因素。在世界能源消费急剧增长而化石资源消耗迅速、环境问题日趋严峻的今天,发展节能与清洁能源技术刻不容缓。电网储能、工业余热利用、核电、以及太阳能热发电是目前发展节能与清洁能源技术的重点,以上领域均需要高温传热蓄热工质。在众多传热蓄热介质中,混合熔盐因其具有使用温度范围宽、低蒸汽压、热容量大、低粘度及经济性好等诸多优点成为颇具潜力的传热蓄热介质。目前,熔盐蓄热主要基于显热蓄热技术,与使用温度范围和比热有关的蓄能密度是影响熔盐大规模应用的关键指标。因此降低蓄热成本的关键是提高蓄热使用温度范围和比热。 本文通过改变两个二元系NaNO3-Ca(NO3)2、KNO3-Ca(NO3)2的组分比例,配制了38种新型混合熔盐。通过差示扫描量热法和热重分析法,得到了各种混合熔盐的热物性数据以及其显热蓄热成本和潜热蓄热成本,优选出一种具有较低熔点和较低成本的二元混合硝酸盐。结果显示,该低成本低熔点二元混合硝酸盐的成分分别为53wt%KNO3和47wt%Ca(NO3)2,其熔点为116.9℃,分解温度为569.7℃,显热蓄热成本为23.41元/(kW·h),低于常用的Solar salt和Hitec盐的成本。 在以上优选出低成本、低熔点熔盐的基础上,开展了该熔盐在大温差骤冷/热(室温~500℃)工况下的120次热冲击试验和1200小时的高温恒温(500℃)工况下的恒温试验。结果显示,在两种热稳定性实验中,低熔点熔盐大部分热物性变化率在10%以内,体现了较好的热稳定性。 本文以优选的低熔点二元熔盐为基盐,SiO2纳米粒子作为添加剂,采用高温熔融法使其均匀混合,以制备性能良好的熔盐纳米流体。采用同步热分析仪(DSC)测量熔盐纳米流体的比热,分析了粒径及粒子添加比例对熔盐纳米流体比热的影响,优选出最佳粒径及粒子添加比例的纳米流体。研究结果表明,SiO2纳米粒子添加比例为1wt%且粒径为20nm时,熔盐纳米流体的比热提高率最大。此外,加入SiO2纳米粒子后,基盐的导热系数有所升高,粘度和显热蓄热成本有所降低。采用扫描电镜(SEM)观察纳米粒子在熔盐中的分布情况。研究发现,新型熔盐纳米流体表面存在密集的不规则的条或网状结构,此结构对提高低熔点二元盐的比热起到一定效果。