用于纳米流体定向凝固的实验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种实验装置，具体为一种用于纳米流体定向凝固的实验装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着我国经济及现代化建设的飞速发展，城市规模不断扩大，用电结构快速变化，电力需求的区域性、季节性、时段性和突发性造成的电力负荷和峰谷差逐渐增大，电力供需矛盾日益突出。蓄冰是解决用户侧电力需求与电力供应矛盾的有效方法之一。传统的蓄冰面临着冰导热能力小，蓄冰过程热阻大，蓄能效率低的技术瓶颈。
[0003]如今，水基纳米流体因其具有比水更高的导热系数，更小的过冷度，有望成为优良的蓄冷介质，但纳米流体用作储能材料必须经得起循环加热和冷却，即经过反复多次凝固和溶解循环过程后，纳米悬浮液的热物性能保持稳定，不会退化失效。目前，纳米流体在固液相变过程中的稳定性研宄尚未展开，纳米流体凝固结晶完成后的均匀分布还鲜受关注。因此有必要着手研宄纳米流体凝固结晶生长的控制，使纳米颗粒在固相纳米悬浮液中保持分散，从而延长其使用寿命。因此需要对纳米流体的凝固过程进行深入研宄。采用定向凝固技术可以对纳米流体凝固的过程机理进行研宄。温度梯度对纳米流体凝固后的分散稳定性有着很重要的影响。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于纳米流体定向凝固的实验装置，其结构简单，操作方便，制冷效果好，温控精度高，能为纳米流体定向凝固的研宄提供高效快速的实验数据。
[0005]本发明还提供一种用于纳米流体定向凝固的实验方法。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:用于纳米流体定向凝固的实验装置，包括恒温保温罩，所述恒温保温罩内部从上至下依次安装有上冷台、上导冷体、下导冷体和下冷台，所述上导冷体固定安装于所述上冷台下部，所述下导冷体固定安装于所述下冷台上部，所述上导冷体和所述下导冷体之间存在放置待测纳米流体样品的间隙，所述上冷台顶端安装有制冷片，所述恒温保温罩顶端开设有进风口，所述进风口出安装有风扇，所述恒温保温罩底端开设有出风口，所述进风口将安装在上冷台顶端的所述制冷片产生的低温空气吹入恒温保温罩内，在罩内经过换热后再从所述出风口排出；所述恒温保温罩内还安装有测量所述恒温保温罩内温度的温度传感器，测量温度结果通过反馈给罩体的温控系统或实验人员，以便随时对罩体内的温度进行监测和控制；所述恒温保温罩前端还开设有取放待测纳米流体样品的窗口。
[0007]所述恒温保温罩内部还安装有垂直设置的钢轨，所述上冷台和所述下冷台通过连接滑块滑动安装于所述钢轨上，通过上冷台和下冷台的上下滑动可实现上、下冷台之间距离的变化，满足不同高度尺寸的待测纳米流体样品。
[0008]所述恒温保温罩上设有水冷入口和水冷出口，所述上冷台和所述下冷台开设有水槽，所述水冷入口和水冷出口通过管道连通所述上冷台和所述下冷台的水槽，所述水冷入口和水冷出口外接水冷机，使所述上冷台和所述下冷台的水槽形成水冷循环。上、下冷台采用水冷散热，使冷台在制冷过程中产生的热量及时散发，保证冷台长时间工作的精度和稳定，对冷台起到保护作用；所述上冷台和所述下冷台上还安装有温度报警器，在故障或冷台温度异常时能提醒并报警。
[0009]所述进风口处安装有风扇。
[0010]所述恒温保温罩采用1mm保温亚克力板拼装而成。
[0011]所述制冷片采用一级半导体制冷片，其制冷最低温度可达到_20°C，温度控制精度可达0.1°C，可以实现不同的温度梯度下的定向凝固。
[0012]所述上导冷体和所述下导冷体采用铝制导冷体，其可以增强导冷效果，同时减少恒温保温罩内的温度波动，改善恒温罩内部温度分布的复杂结构，使恒温罩内部温度均匀恒定。
[0013]所述温度传感器安装于所述恒温保温罩内部中心位置，所述温度传感器为铜-康铜热电偶。
[0014]本发明还提供一种研宄纳米流体定向凝固的方法，该方法是基于本
【发明内容】
提供的用于纳米流体定向凝固的实验装置进行实验实现的，具体操作步骤为:
[0015]步骤一:将所述恒温保温罩启动，所述制冷片的温度设定高于或者等于待测纳米流体的液相线温度，取定温度梯度(此处温度梯度可以作为研宄变量，跟步骤4中温度梯度相同，具体数值可按研宄需要选取)，打开所述风扇的开关，将所述温度传感器接入测试仪器，等待所述恒温保温罩内的温度降低到设定值并维持稳定。
[0016]步骤二:将所述上冷台和所述下冷台启动所述下冷台设定温度为待测纳米流体的相变温度，所述上冷台设定温度为所述恒温保温罩内的温度值，启动水冷机，对上下冷台进行冷却使其温定(保持温度)工作，通过传感器测量导冷体表面温度，等待上、下冷台及导冷体的温度达到预设值并维持恒定；其中，所述上冷台和所述下冷台采用半导体制冷，配合PID温控技术，可实现对温度的精确控制，控制精度达0.1°C。所述传感器有两个，分别位于所述上冷台和所述下冷台的内部，是整个PID控制系统的反馈器。所述传感器为温度传感器。
[0017]步骤三:通过所述窗口将待测纳米流体样品置于所述下导冷体上，固定后移动所述上冷台和所述下冷台，使待测纳米流体样品的上端与所述上导冷体紧密接触，锁紧所述上冷台和所述下冷台的位置，等待待测纳米流体样品的温度达到所述恒温保温罩内的温度并稳定。
[0018]步骤四:选取上述温度梯度，将所述下冷台温度设定为等于或者低于待测纳米流体的液相线温度，待所述下冷台温度降低到预设值，纳米流体样品即开始由下至上进行定向凝固，记录所述预设值温度及其纳米流体样品定向凝固；记录数据为所述上冷台和所述下冷台温度和恒温罩内环境温度，用于研宄不同温度梯度对纳米流体凝固过程稳定性的影响，可以用扫描电镜表征稳定性。
[0019]步骤五:对同一纳米流体样品多次依次重复上述步骤一至步骤四，并记录相关数据，分析纳米流体凝固的过程机理、纳米悬浮液的热物性能的稳定性和纳米流体凝固后的分散稳定性。需选取不同温度梯度，用于研宄不同温度梯度的影响，可以用扫描电镜表征稳定性。
[0020]本发明的有益效果是:本发明提供的用于纳米流体定向凝固的实验装置解决了现有定向凝固装置无法对低温相变材料进行凝固的问题，实现了纳米流体在低温度梯度下的定向凝固；该装置结构简单，操作方便，制冷效果好，温控精度高，温度梯度可调，可用于研宄不同温度梯度对纳米流体凝固过程的影响。本发明还提供了一种研宄纳米流体定向凝固的方法，该方法是基于本发明提供的用于纳米流体定向凝固的实验装置实现的，该方法为纳米流体的凝固过程及其稳定性研宄提供了有力的研宄数据。
【附图说明】
[0021]图1为本发明一种用于纳米流体定向凝固的实验装置的平面剖切结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和具体实施例对本发明一种用于纳米流体定向凝固的实验装置作进一步的说明。
[0023]一种用于纳米流体定向凝固的实验装置，如图1所示，包括恒温保温罩1，恒温保温罩I内部从上至下依次安装有上冷台2、上导冷体3、下导冷体4和下冷台5，上导冷体3固定安装(焊接)于上冷台2下部，下导冷体4固定安装(焊接)于下冷台5上部，所述上导冷体3和下导冷体4之间存在放置待测纳米流体样品9的间隙，所述上冷台2顶端安装有制冷片21，恒温保温罩I顶端开设有进风口 11，进风口 11处安装有风扇12，恒温保温罩I底端开设有出风口 13，进风口 12将安装在上冷台2顶端的制冷片21产生的低温空气吹入恒温保温罩I内，在罩内经过换热后再从出风口 13排出；恒温保温罩I内还安装有测量恒温保温罩I内温度的温度传感器6，测量温度结果通过反馈给罩体的温控系统或实验人员，以便随时对罩体内的温度进行监测和控制；恒温保温罩I前端还开设有取放待测纳米流体样品9的窗口 14，恒温保温罩I的电源控制线一端接于所述恒温保温罩I上的电控航插，另一端接220V工频电源。
[0024]所述恒温保温罩I内部还安装有垂直设置的钢轨15，钢轨15由螺丝紧固在恒温保温罩I的顶端和底端之间，钢轨15上滑动安装有四个滑