论文部分内容阅读
提高能源利用效率、大力发展可再生能源对加快能源转型及深入推进能源改革具有重大的战略意义。传热储热介质是高效储能技术的重要组成部分,决定着系统运行的效率和储能密度。氯化物熔盐熔化焓高、黏度较低、热稳定良好、工作温度范围广、储热量大及资源丰富等优势在太阳能热发电及工业余/废热等高温传热储热领域的应用前景良好。然而,氯化物熔盐具有比热容及导热系数较低、在金属管道或储罐中的腐蚀行为多样及机理复杂等缺点一直是限制其工业应用的主要矛盾,因此,研究氯化物熔盐在传热储能过程中的性能强化、高温稳定性以及对管道和储罐等金属材料的腐蚀性及其机理,对其未来应用具有十分重要的参考指导意义。通过在氯化物熔盐里添加密度较小、导热性能优异的纳米颗粒而对其传热储热性能进行强化。采用机械搅拌法和高温静态熔融法制备了不同尺寸和浓度的纳米Mg O复合氯化物熔盐,对其比热容、热扩散系数、导热系数、密度、黏度等性质进行了测量,并通过现场实物图及扫描电子显微镜（SEM）观察分析了纳米Mg O颗粒对氯化物熔盐热物性的影响机理。结果表明:质量浓度为2.5 wt.%、尺寸为20 nm-Mg O体系的比热容强化率最高为37.91%,470℃时的导热系数最大为0.660 W/（m·K）,较纯氯化物熔盐的提高率达53.49%;质量浓度为4.5 wt.%、尺寸为20 nm-Mg O体系在550°C时密度最高为2.375 g/cm-3,相同温度下其黏度最大降低幅度为18.5%。纳米Mg O复合氯化物熔盐体系的透明度随着纳米颗粒浓度的增大而加深,体系中纳米Mg O良好地悬浮而没有明显聚沉,其微观结构图中存在数量较多的团链状特殊结构。高温液态熔盐离子在固相纳米Mg O表面形成数量多、体积大的半固态层,或许是纳米Mg O复合氯化物熔盐的比热容显著增强的原因。分散性良好的纳米Mg O粒子在氯化物熔盐液体中高速随机热运动,增大了纳米Mg O复合氯化物熔盐的表观热扩散系数及导热系数。通过测量纳米流体服役一段时间后的物性参数变化来研究分析其高温热稳定性。选取热物性较为优异的纳米Mg O复合氯化物熔盐（SYSU-C4-20nm-2.5）在封闭体系下进行长达1000 h的性能监测,测量得到其质量损失曲线,观察到700 h后质量基本保持不变,认为体系中氯化物熔盐的部分蒸发以及Mg Cl2的水解是造成纳米Mg O复合氯化物熔盐质量下降的主要原因;随着服役时间的延长,纳米Mg O复合氯化物熔盐的熔点略有上升但熔化焓几乎保持不变,其比热容表现为先降低后上升趋势,最大提高率为11.1%,并且不同服役时间段的样品均呈现为均一稳定的状态,微观结构图显示纳米Mg O颗粒较均匀地分散于体系中,没有发生大量团聚的现象,长期高温热稳定性良好。通过浸没法,研究了镍基Inconel 625、Hastelloy X及铁基奥氏体316L不锈钢,在空气氛围下,于600℃纳米Mg O复合氯化物熔盐中长达44天的静态腐蚀行为,探究了纳米Mg O掺杂,对三元氯化物熔盐腐蚀性的影响。通过测量合金随时间的质量损失得到相应的腐蚀动力学曲线,扫描电子显微镜（SEM）观察腐蚀样品的形貌,能量色散谱（EDS）分析腐蚀层中元素分布的映射图,X射线衍射（XRD）鉴定腐蚀产物。结果表明:纳米Mg O复合氯化物熔盐中In625,H X和316L的腐蚀速率分别为40μm/y,137μm/y和188μm/y,其腐蚀外层内分别形成了(Mg0.984Cr0.016)(Cr1.984Mg0.016)O4,Mg Fe0.2Cr1.8O4,Mg Fe2O4。SEM图显示In625合金发生点/孔蚀,而H X合金和不锈钢316L发生晶界腐蚀,浸没44天后腐蚀层的厚度分别为19.4μm,35.7μm和158.0μm,腐蚀内层主要由Cr/Fe金属相组成。In625合金在纳米Mg O复合氯化物熔盐中比H X合金和不锈钢316L更耐腐蚀,这与其在三元氯化物熔盐中的腐蚀行为相似。