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导热油的革新以及专业用途

发布者:admin发布时间:2017-10-27 08:57

 封丘县恒泰石油化工有限公司;

导热油中使用纳米粒子的持续研究时间,已经超过15年。麻省理工学院核科学与工程系副教授雅格布.布翁焦尔诺(Jacopo Buongiorno)博士认为,讨论导热油使用纳米粒子的第一篇论文是在1993年出现的。纳米粒子增强了导热油的热传导性性能。
布翁焦尔诺指出,某些研究人员认为纳米粒子可以增强导热系数,而另外一些研究人员则不以为然。例如,一名研究人员报告说,加入直径约为10纳米的铜纳米粒子后,乙二醇的热传导性提高了40%。第二位研究人员发表的数据显示,添加1-4 v%的铝纳米粒子后,水的热传导性提升了10-25%。
在2008年循环对比试验中,使用相同样本的研究人员的多数测量结果表明,纳米粒子改进了热传导,但并没有达到最初文献报道的异常程度。还发现纳米微粒,可以增加导热润滑油的热传导性能。据报道,在多元醇酯基制冷润滑油中使用氧化铜纳米粒子,传导性可以增加50-275%。有报道说,浓度很低的纳米粒子,可提高临界热通量(CHF)高达200%。临界热通量代表了核沸腾或导热油中气泡形成的上限。能提高临界热通量的任何进程,都可以大大改进沸腾冷却系统性能。
布翁焦尔诺与麻省理工学院核反应堆实验室副主任胡林文(Lin-wen Hu)博士,正在对纳米粒子如何可以提高核电厂导热油的性能进行评估。所评估的核反应器是轻水反应堆(LWR),它利用水作为冷却液,对裂变过程中产生的能量进行调节。
麻省理工学院的研究人员发现了三个纳米粒子在轻水反应堆中的应用前景。第一种可能性是在水中利用纳米粒子,以提高堆芯产生的能量。纳米粒子悬浮在反应堆冷却剂中可提高临界热通量(CHF),为裂变热提供更高的传输率。模拟研究显示,作为反应堆堆芯产生的功率与反应堆堆芯体积比率的功率密度提高了20%。但要确保纳米粒子在反应堆的苛刻条件(300℃温度和150个大气压)下保持物化稳定性,会成为问题。
第二个应用前景涉及应急情况下的导热油使用纳米粒子。在发生核反应堆冷却剂丧失事故时,应急堆芯冷却系统(ECCs)被激活,重新溢满堆芯和恢复冷却。如果将纳米粒子加入到应急堆芯冷却系统中,可以大大加快冷却速度。第三种可能用途是,在发生堆芯熔毁这类反应堆严重事故时,利用导热油中的纳米粒子,使反应堆冷却下来。
与其他两种应用情况不同,它是在需要时将纳米粒子基导热油注入到堆芯中。这种直接而又简单的方法,关注纳米粒子稳定性或兼容性。
将纳米基导热油注入堆芯底部周围空间。在那些假设的事故中,其目的是将熔融堆芯保持在反应堆槽内,这是通过用应急冷却剂溢满反应堆槽内周围空间而完成的。如果冷却剂含有纳米颗粒,其堆芯冷却速度可以加速。与其他两种应用前景不同,纳米基导热油在正常条件下完全与反应器系统隔开。这种直接而又简单的方法,几乎无需关注纳米粒子的稳定性或兼容性。由于任何重大的核工业创新建议获得(美)核监督管理委员会的批准,通常需要大约10年时间,麻省理工学院的研究人员认为,第三个应用前景,有关纳米技术在核反应堆中的利用,最有实现可能。
布翁焦尔诺与胡林文(Lin-wen Hu)博士从事的实验工作,采用了各种氧化物(如氧化铝、氧化硅、氧化锌、二氧化锆)以及金刚石纳米粒子。实验装置见图4。详细资料参见最近的两份参考文献。麻省理工学院的研究人员,还在探索利用纳米粒子提高制冷剂的沸腾热传递性能。初步实验结果表明,少量的纳米粒子还可以改善制冷剂的沸腾传热性能。这是一项应用于汽车业和电力电子产业的重要发现,这些产业在压力下将采用低全球变暖潜能(GLW)导热油。将纳米粒子添加到新的低全球变暖潜能(GLW)导热油中,以便维持或改善其传热性能,并能在现有系统实现直接更换,这是一个正在评估的选项。
莫哈帕特(Mohapatra)对金刚石纳米粒子在水基乙二醇和油基导热油中的使用进行了评估。金刚石纳米粒子的热传导性,要比铜这类金属大约高5-6倍。它也属于惰性材料,具有良好的热稳定性,不会发生催化反应,这意味着它不会使导热油中的其他成分或与导热油接触降解。金刚石导热系数约为2300瓦特/毫克。用于金刚石纳米粒子制备技术起源于前苏联。目前已经研究出不同的金刚石纳米颗粒,包括带有石墨片的金刚石,功能化纳米金刚石和纳米颗粒簇。
金刚石纳米粒子可以分散在油基与水基系统中。采用0.1%的添加剂量,导热率仅改善了10%。目前正在利用各种分散技术,努力提高纳米金刚石基导热油的导热系数。非常有趣的是,已发现金刚石纳米粒子可以增加载重汽车的燃油经济性,能使柴油汽车的燃油经济性提高4%-5%。测试工作目前正在进行中。 已经开发出用于燃料电池的纳米冷却剂。该冷却剂中的纳米粒子的功能是维持低电导率,这对于系统的正常运行与安全性,是必不可少。由于具有低导电性,目前这种导热油还在计算机与电子设备冷却系统中得到应用。