CN101735775A - 用于太阳能热交换系统传热介质的纳米流体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于太阳能热交换系统传热介质的纳米流体的制备方法，选取Al2O3，TiO2，ZnO，Ni，Cu中之一，粒径在5～100纳米的纳米颗粒为添加物，以水或水/乙二醇或水/丙二醇混合物为基液，加入表面活性剂，通过强力搅拌、超声振荡配制成纳米流体；用于太阳能热交换系统的传热介质；所述的Al2O3，TiO2，ZnO，Ni，Cu纳米颗粒在纳米流体中的体积百分含量为0.1％～3％。将该太阳能热交换系统置于屋顶的实际检测结果表明，纳米流体可以显著提高太阳能热交换系统的集热效率，升温速度快，降温速度慢，不但成本低廉、制备工艺简单，而且可显著提升现有太阳能集热系统热收集和热利用效率。

Description

用于太阳能热交换系统传热介质的纳米流体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于太阳能热交换系统传热介质的纳米流体的制备方法，采用本发明方法可使太阳能热交换系统集热效率提高，实现对太阳能资源的高效利用。
背景技术
纳米流体是指在传热流体中加入纳米级的氧化物、金属或非金属单质颗粒，通过搅拌、超声振荡等方法制备成的稳定、均匀悬浮液。由于具备稳定、均质、强化传热等特点，纳米流体有望作为新一代换热系统中的传热介质，在太阳能利用、微电子冷却，汽车发动机冷却、航天器热控、核能系统冷却、能源武器热控等领域具有广泛的应用前景，纳米流体作为替代介质已成为材料和传热领域研究的热点。研究表明，添加了Al2O3[C.T.Nguyen et.Al，AppliedThermal Engineering，27(2007)1501.]，碳纳米管[Y.L.Ding et.al，Inter.J.Heat and Mass Trans.49(2006)240.]等纳米颗粒的纳米流体，其强化传热特性得到了显著的加强。
太阳能高效热交换系统中的核心组成部分是集热系统。集热系统可将太阳辐射能转换为工作介质(液体或气体)的热能。因此，集热系统效率的高低直接决定了整个太阳能热交换系统的热性能。现有国内外太阳能集热系统几乎都使用传统换热介质水、乙二醇/丙二醇及其混合物为主，这些传统流体本身导热系数较小，换热能力较差，制约了太阳能集热系统效率的进一步提高。为了提高太阳能集热器的效率，一个有效的办法是采用纳米流体代替现有的传统换热介质，利用纳米流体的强化传热特性，提高单位时间内系统所吸收的能量，从而提升太阳能热交换系统效率。目前，以纳米流体替代传统换热介质需要解决的主要问题是在严格控制成本的基础上，选择适当类型的纳米颗粒和基液，通过一定的制备工艺，得到稳定、均匀的纳米流体悬浮液。
发明内容
本发明公开了一种用于太阳能热交换系统传热介质的纳米流体的制备方法，其目的在于解决现有太阳能集热器热交换系统采用传统传热介质导致的换热能力差的缺陷，本发明不但可以显著提高太阳能热交换系统的集热效率，而且升温速度快，降温速度慢，成本低廉、制备工艺简单，可以对太阳能资源进行高效利用。
用于太阳能热交换系统传热介质的纳米流体的制备方法，其特征在于：
A)选取Al2O3，TiO2，ZnO，Ni，Cu中之一的纳米颗粒为添加物，以水或水/乙二醇或水/丙二醇混合物为基液，加入表面活性剂，通过强力搅拌、超声振荡配制成纳米流体；用于太阳能热交换系统传热介质；
B)所述Al2O3，TiO2，ZnO，Ni，Cu纳米颗粒的粒径在5～100纳米；
C)所述的Al2O3，TiO2，ZnO，Ni，Cu纳米颗粒在纳米流体中的体积百分含量为0.1％～3％
所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮。
将该太阳能热交换系统置于屋顶的实际检测结果表明，纳米流体可以显著提高太阳能热交换系统的集热效率，升温速度快，降温速度慢，不但成本低廉、制备工艺简单，而且可显著提升现有太阳能集热系统热收集和热利用效率，有很好的经济与社会效益。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明加以详细说明，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
实施例1：
以Al2O3纳米颗粒为添加物，Al2O3纳米颗粒的粒径为10纳米，添加量为体积百分含量0.1％；以水/乙二醇的混合物为基液，加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，通过强力搅拌、超声振荡配制成纳米流体；将配好的纳米流体作为传热介质，应用在太阳能热交换系统中。测试结果表明：在一天(七月份，早上六点至下午六点)的吸热过程中，纳米流体的温度最高比纯水/乙二醇的混合物温度高出3.5摄氏度。
实施例2：
以TiO2纳米颗粒为添加物，TiO2纳米颗粒的粒径为5纳米，添加量为体积百分含量0.5％；以水/乙二醇的混合物为基液，加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，通过强力搅拌、超声振荡配制成纳米流体；将配好的纳米流体应用在太阳能热交换系统中。测试结果表明：在一天(七月份，早上六点至下午六点)的吸热过程中，纳米流体的温度最高比纯水/乙二醇的混合物温度高出2.3摄氏度。
实施例3：
以ZnO纳米颗粒为添加物，ZnO纳米颗粒的粒径为30纳米，添加量为体积百分含量1.0％；以水/丙二醇的混合物为基液，加入表面活性剂聚乙二醇，通过强力搅拌、超声振荡配制成纳米流体；将配好的纳米流体应用在太阳能热交换系统中，测试结果表明：在一天(七月份，早上六点至下午六点)的吸热过程中，纳米流体的温度最高比纯水/丙二醇的混合物温度高出2.8摄氏度。
实施例4：
以Ni纳米颗粒为添加物，Ni纳米颗粒的粒径为100纳米，添加量为体积百分含量3.0％；以水/乙二醇的混合物为基液，加入表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮，通过强力搅拌、超声振荡配制成纳米流体；将配好的纳米流体应用在太阳能热交换系统中，测试结果表明：在一天(七月份，早上六点至下午六点)的吸热过程中，纳米流体的温度最高比纯水/乙二醇的混合物温度高出3.2摄氏度。
实施例5：
以Cu纳米颗粒为添加物，Cu纳米颗粒的粒径为80纳米，添加量为体积百分含量1.0％；以水/丙二醇的混合物为基液，加入表面活性剂聚乙二醇，通过强力搅拌、超声振荡配制成纳米流体；将配好的纳米流体应用在太阳能热交换系统中，测试结果表明：在一天(七月份，早上六点至下午六点)的吸热过程中，纳米流体的温度最高比纯水/丙二醇的混合物温度高出3.6摄氏度。

Claims (2)

1.用于太阳能热交换系统传热介质的纳米流体的制备方法，其特征在于：
A)选取Al2O3，TiO2，ZnO，Ni，Cu中之一的纳米颗粒为添加物，以水或水/乙二醇或水/丙二醇混合物为基液，加入表面活性剂，通过强力搅拌、超声振荡配制成纳米流体；用于太阳能热交换系统传热介质；
B)所述的Al2O3，TiO2，ZnO，Ni，Cu纳米颗粒的粒径在5～100纳米；
C)所述的Al2O3，TiO2，ZnO，Ni，Cu纳米颗粒在纳米流体中的体积百分含量为0.1％～3％。
2.根据权利要求1所述的用于太阳能热交换系统传热介质的纳米流体的制备方法，其特征在于：所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮。
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