基于FPMD的镁基氯化盐相变结构演化和储热特性研究

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我国盐湖资源十分丰富,含有大量的MgCl2盐、价格低廉,并且氯化盐具有高热容、高导热系数、低粘度和在高温下仍可以保持热稳性等优点因此,研究镁基氯化盐的传储热特性得到了人们的广泛关注。然而,现有的氯化盐测试方法不够完善,且存在高温实验困难,氯化盐具有腐蚀性等固有问题。开发安全、精准、可靠的方法研究低成本高性能的镁基氯化盐是十分有必要的。本论文通过第一性原理分子动力学(FPMD)模拟辅以实验测量的方法对镁基氯化盐进行了研究,为开发利用高效的传储热介质体提供了一种新颖的方法,研究主要从以下几个方面进行:1)分别对镁基氯化盐(MgCl2-NaCl 44:56 mol%;MgCl2-KCl 32:58 mol%)共晶盐的储热特性进行了研究。通过FPMD模拟和实验相结合的方法获得了热膨胀系数、密度、熔点、熔化热和比热容等储热特性参数,结果表明模拟与实验所得结果一致性良好。利用FPMD模拟,通过热膨胀系数、体积模量和密度等预测了镁基氯化盐的相变温度区间MgCl2-NaCl(693 K-728 K),MgCl2-KCl(722K-770 K)。2)通过角分布函数,径向分布函数、配位数分布概率和静态结构因子等描述了镁基氯化盐的微观结构特征。通过角分布函数,发现MgCl2-NaCl共晶盐中随着Cl–Mg–Cl和Mg–Cl–Mg键角的第一个和第二个峰的距离变窄,证明了多面体MgCl99))2-99))团簇结构的稳定形成。对MgCl2-KCl盐中子散射的部分静态结构因子进行探索,在1.5(?)-1–2.0(?)-1处出现主峰,并且温度升高会使得阴阳离子之间相关性减弱。此外,对配位数概率分布与温度的关系研究中得到低温有助于高配位结构的形成,高温对低配位结构的形成有促进作用3)最后,利用FPMD模拟辅以实验测量的方法对镁基氯化盐的热输运特性,如粘度,比热容和热导率等进行了分析。结果表明MgCl2-NaCl的热导率大于MgCl2-KCl共晶盐但粘度也较大,结合密度,粘度,比热容和导热系数利用品质因子对MgCl2-NaCl以及MgCl2-KCl共晶盐的传热因子和热损失的性能因子进行了研究,对氯化盐的传蓄热能力进行综合评价。总体而言,由FPMD模拟所得传储热特性结果与可用的参考数据令人满意地吻合,表明FPMD模拟是预测熔融氯化物的结构和热力学性质的有力工具。
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