一种用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质及制备方法，属于能源与环境技术领域。
【背景技术】
[0002]热量的传递几乎渗透到了包括动力，化工，冶金，石化，材料等主要传统工业领域以及生物质能、太阳能、地热能及核能等新能源领域。传热效率的高低直接影响到能源的有效利用率和利用水平，随着节能工作的深入开展，强化传热技术越来越受到重视。
[0003]采用有机朗肯循环(ORC)能高效地将各种余热、槽式抛物面聚焦太阳能、生物质燃烧产生热能等高效地转化为电能。但与采用水为循环工质的水蒸气朗肯循环(SRC)相比，ORC的有机循环工质的传热性能较差，使得换热设备的传热面积增大，降低了 ORC系统的经济性能。故本申请提出在ORC有机工质中添加适当种类及浓度的纳米粒子形成传热性能增强的纳米循环工质。纳米颗粒的加入改变了有机工质基液的热物性参数如导热系数、黏度、表面张力等，若选用恰当的纳米粒子种类、基液种类和颗粒浓度进行优化组合，再采用性能良好的稳定剂，便可提高循环工质在预热器、蒸汽发生器及凝结器中的单相对流换热和相变换热系数，同时因纳米颗粒的微尺度效应，在蒸发及凝结过程中能够稳定均匀地分散在循环工质中，不会像毫米或微米级粒子产生对系统管路、部件产生磨损、堵塞等不良后果。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质及制备方法。本发明选用恰当的纳米粒子种类、基液种类和颗粒浓度进行优化组合，再采用性能良好的稳定剂制备得到传热性能增强的纳米循环工质，本方法简单易行，本发明通过以下技术方案实现。
[0005]—种用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质，该纳米循环工质包括以下质量百分比组分:纳米Cu。、Al2O3' T12, S12, BaCl2^ CNT (多壁碳米管)粒子0.01-10%,苯、甲苯、乙苯、丁苯、环己烷、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%，稳定齐IJ 0.1-1.1%。
[0006]所述纳米Cu0、Al203、Ti02、Si02、BaCl2S CNT粒子平均直径为40nm，CuO、多壁碳纳米管纳米粒子颗粒为体型呈长方体的金属有机载体空心框架，其他的纳米粒子均为实心颗粒，具体制备方法通常采用气相凝结发先生成一种反应蒸汽，然后通过氧化、热解、等离子、激光消融、激光热解等方法在蒸汽中形成核并形成纳米粒子。
[0007]所述稳定剂由吐温-20、吐温-21、吐温-40、吐温-60、吐温_61、吐温-80、吐温-81、吐温-85聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、Span-80中的一种分散剂以及0P_4、0P-7辛烷基酚聚氧乙烯醚非离子型分散剂中的一种乳化剂任意比例组成。
[0008]—种上述的用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质的制备方法，其具体步骤如下: (1)首先将分散剂和乳化剂分别加入到有机工质中搅拌均匀得到混合有机物；
(2)将通过气相凝结法生成的纳米粒子加入到步骤(I)得到混合有机物中，在频率为20~30KHz条件下超声振荡形成稳定的纳米循环工质。
[0009]用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质是指在200°C以上的温度下使用的纳米循环工质。
[0010]本发明的有益效果是:
(I)采用本发明制备的中高温有机朗肯循环的纳米循环工质，通过纳米流体中悬浮的纳米粒子受布朗力等力的作用，作无规扩散，布朗扩散、热扩散等现象存在于纳米流体中，纳米粒子的微运动使得粒子与液体间有微对流现象存在，这种微对流增强了粒子与液体间的能量传递过程，进一步增大了纳米流体的单位面积传热量。
[0011](2)由于固体纳米粒子的导热系数远比液体大，纳米颗粒的加入改变了有机工质基础液体的结构，增强了循环工质内部的能量传递过程，使得导热系数与普朗特数增大，使得管内流体的强化流动沸腾换热得到显著增强。
【具体实施方式】
[0012]下面结合【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0013]实施例1
该用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质，该纳米循环工质包括以下质量百分比组分:纳米CuO粒子3%，甲苯有机工质96.7%，稳定剂0.3%，稳定剂为体积比30:70的吐温-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]该上述的用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质的制备方法，其具体步骤如下:
(O首先将分散剂和乳化剂分别加入到有机工质中搅拌均匀得到混合有机物；其中分散剂为吐温-20聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，乳化剂为0P-4辛烷基酚聚氧乙烯醚，分散剂与乳化剂的体积比为30:70，分散剂与乳化剂组成的稳定剂加入量为纳米循环工质质量的0.3% ;有机工质为甲苯，有机工质的加入量为纳米循环工质质量的96.7%。
[0015](2)将通过采用气相凝结发先生成一种反应蒸汽，然后通过氧化、热解、等离子、激光消融、激光热解等方法在蒸汽中形成核并形成纳米粒加入到步骤(I)得到混合有机物中，在频率为25KHz条件下超声振荡10小时形成稳定的纳米循环工质。
[0016]制备得到的纳米循环工质具有单位面积传热量大，导热系数高，普朗特数增加等性能参数，与纯甲苯相比具有单位传热效率提高10%，导热系数增大42%，具有更强的管内流动沸腾换热等更优越的参数条件。
[0017]实施例2
该用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质，该纳米循环工质包括以下质量百分比组分:纳米Al2O3粒子5%，八甲基三硅氧烷有机工质94.7%，稳定剂0.3%，稳定剂为体积比40:60的吐温-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]该上述的用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质的制备方法，其具体步骤如下:
(O首先将分散剂和乳化剂分别加入到有机工质中搅拌均匀得到混合有机物；其中分散剂为吐温-21聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，乳化剂为0P-4辛烷基酚聚氧乙烯醚，分散剂与乳化剂的体积比为40:60，分散剂与乳化剂组成的稳定剂加入量为纳米循环工质质量的0.3% ;有机工质为八甲基三硅氧烷，有机工质的加入量为纳米循环工质质量的94.7%。
[0019](2)将通过采用气相凝结发先生成一种反应蒸汽，然后通过氧化、热解、等离子、激光消融、激光热解等方法在蒸汽中形成核并形成纳米粒加入到步骤(I)得到混合有机物中，在频率为25KHz条件下超声振荡12小时形成稳定的纳米循环工质。
[0020]制备得到的纳米循环工质具有单位面积传热量大，导热系数高，普朗特数增加等性能参数，与八甲基三硅氧烷相比有具有单位面积传热效率提高12%，导热系数增大38%，具有更强的管内流动沸腾换热等更优越的参数条件。
[0021]实施例3
该用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质，该纳米循环工质包括以下质量百分比组分:纳米T12粒子0.01%，苯有机工质98.8%，稳定剂1.1%，稳定剂为体积比40:60的吐温-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]该上述的用于中高温有机朗肯循环的纳米循环工质的制备方法，其具体步骤如下:
(O首先将分散剂和乳化剂分别加入到有机工质中搅拌均匀得到混合有机物；其中分散剂为吐温-40聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，乳化剂为0P-7辛烷基酚聚氧乙烯醚，分散剂与乳化剂的体积比为40:60，分散剂与乳化剂组成的稳定剂加入量为纳