[00145396]高性能水基纳米流体相变储能工质开发

1.课题来源与背景：本项目来源为广东省科学技术厅立项的广东省科技计划工业高新技术领域公益研究与能力建设项目“《高性能水基纳米流体相变储能工质开发》（编号2015A010106013）”。课题背景是：随着我国经济的持续高速增长,能源需求迅猛增加,电力需求的时段性和突发性造成的电力负荷和峰谷差逐渐增大,电力供需峰谷矛盾日益突出。广东省是制冷技术及产品研发销售的第一大省,技术开发及储备处于全国领先。蓄冰空调可通过蓄冰的方法在电力充裕时段进行蓄冷,用于电力紧张时段的制冷需求,是解决用户侧电力需求与电力供应矛盾的有效方法之一。然而,目前蓄冰技术面临两个技术瓶颈：过冷度大造成制冷机组能效下降;冰的导热能力小,蓄能效率低。因此,寻找无过冷或过冷度小、导热系数大的替代蓄冷介质对提高蓄冷系统的效率、降低运行成本、平衡电力系统的供需矛盾具有重要意义。 2.技术原理及性能指标：本项目在提高纳米流体分散稳定性的基础上研究纳米流体作为蓄冰空调等的相变材料的凝固相变特性。通过使用ZrP碟片负载TiO2纳米粒子的方法,可以减小纳米粒子团聚体的大小和数量,同时增大粒子间的静电斥力,使纳米流体分散稳定性大大提升。纳米粒子分散于水中,可以提供更多的异质成核中心,并且能够提供更多的接触成核面积,促进水的成核结晶,过冷度减小约30%;TiO2-磷酸锆负载纳米流体与TiO2/磷酸锆混合纳米流体的导热系数分别相对于水提高了13.1%和11.9%,凝固相变时间缩短50%。 3.技术的创造性与先进性：项目独创尺度均匀分散稳定的偶联ZrP-TiO2纳米流体制备方法,使得尺度均匀一致的偶联粒子在水基液中的有效分散,减少聚集体的大小,提高纳米流体的分散稳定性,从而获得更好的热物性及相变储能特性。项目选择功能粒子与碟状粒子偶联的方法提升水基纳米流体的分散稳定性,在此基础上研究纳米流体凝固结晶过程,通过偶联碟状粒子实现纳米粒子在基液及固液相变过程中的有序均匀分布,发现凝固过程的控制机理与控制条件,提高纳米流体储能的使用寿命,具有较好的创新性和先进性。 4.技术的成熟程度,适用范围和安全性：项目开发的新型相变储能技术经实验室验证具有较好的性能,相比于水等常用流体及相变材料,纳米流体具有过冷度低和导热能力强的优点,能够有效地减小传热及相变储能过程中的能量损失,适用于制冷/低温等行业中的蓄冷/蓄冰空调等场合。此外,本技术还可推广用于强化散热,利用其稳定性好、传热性能好的特点开发高效新型换热工质,研制体积小、重量轻、传热性能好的热交换设备。本技术应用的材料工质对人体和环境无毒害无污染,非易燃易爆物,安全性好。 5.应用情况及存在的问题：项目开发的纳米流体稳定及储能技术目前在本课题组和国内外同行的相关研究中已有应用。比如,通过本项目的技术提高纳米流体的分散稳定性,应用于纳米二氧化钛催化制氢,提高制氢效率。由于规模化生产工艺及成本等因素,本项目的研究成果及技术在企业中的转化应用尚需企业进行经济效益分析后实施。