【摘要】：納米流體作為一種新型相變儲(chǔ)能材料,具有凝固時(shí)間短、儲(chǔ)能量大、過(guò)冷度低等優(yōu)點(diǎn),但納米流體在相變儲(chǔ)能過(guò)程中容易發(fā)生顆粒團(tuán)聚、沉降最終導(dǎo)致失效的問(wèn)題。外場(chǎng)作用于凝固過(guò)程能夠提高納米流體在固液相變過(guò)程中的分散性,從而延長(zhǎng)其使用壽命。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)分別研究了水基、石蠟基納米流體在磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)作用下的凝固過(guò)程,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析,在此基礎(chǔ)上對(duì)外場(chǎng)改善納米流體凝固過(guò)程中分散穩(wěn)定性的機(jī)理進(jìn)行了討論,具體工作如下：1.將磁場(chǎng)分別作用于Fe304-石蠟、Fe3O4-H2O納米流體的凝固過(guò)程,以磁感應(yīng)強(qiáng)度作為變量,通過(guò)測(cè)量凝固后納米顆粒的偏聚區(qū)域面積和熔化后的吸光度,研究了不同磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)納米流體凝固后分散穩(wěn)定性的影響,采用經(jīng)典電磁理論,結(jié)合納米流體的實(shí)際特點(diǎn),推到出磁場(chǎng)改善納米流體凝固后分散性的磁感應(yīng)強(qiáng)度范圍,對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了預(yù)測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：一定范圍內(nèi)的磁場(chǎng)確實(shí)能夠提高Fe304納米流體凝固后的分散性；在一定的凝固速率下存在分散穩(wěn)定性最好對(duì)應(yīng)下的磁感應(yīng)強(qiáng)度；在固相中分散性較好的納米流體其再次熔化后的分散穩(wěn)定性也較好,控制好納米流體凝固過(guò)程的分散性,就能夠提高其固液相變過(guò)程中的分散穩(wěn)定性,從而提高其用作儲(chǔ)能材料的使用壽命。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)測(cè)一致,定性的證明了理論的正確性。2.對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化,將金屬凝固學(xué)定向凝固裝置的原理和晶體生長(zhǎng)理論與納米流體的凝固過(guò)程相結(jié)合,設(shè)計(jì)了納米流體定向凝固恒溫實(shí)驗(yàn)臺(tái),該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便,制冷效果好,溫控精度高,溫度梯度可調(diào),能夠?yàn)檠芯考{米流體的凝固過(guò)程提供高精度的實(shí)驗(yàn)條件,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了保持納米流體凝固過(guò)程中固液界面平坦穩(wěn)定的溫度梯度值。將該裝置同電磁場(chǎng)相結(jié)合,輔以攝像、計(jì)算機(jī)等裝置監(jiān)控納米流體的凝固過(guò)程,搭建了電磁場(chǎng)作用下納米流體定向凝固實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。3.將電磁場(chǎng)分別作用于石墨-石蠟、石墨-水納米流體的定向凝固過(guò)程,以磁感應(yīng)強(qiáng)度為變量,保持一定的電場(chǎng)強(qiáng)度,通過(guò)環(huán)境掃描電鏡(SEM)觀察石蠟?zāi)腆w中石墨顆粒的分布情況,說(shuō)明磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)凝固過(guò)程的影響；以電流密度作為變量,保持一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度,通過(guò)測(cè)試吸光度、粒徑分布電流密度對(duì)石墨-水納米流體凝固熔化循環(huán)過(guò)程中失效程度的影響。結(jié)果表明：電磁場(chǎng)能夠提高納米流體定向凝固過(guò)程中的分散性,保持一定電場(chǎng)強(qiáng)度(磁感應(yīng)強(qiáng)度)不變的情況下,一定范圍內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度(電流密度)對(duì)改善納米流體固液相變循環(huán)過(guò)程中的失效問(wèn)題有顯著作用,采用電磁擠壓力的理論結(jié)合納米流體實(shí)際特點(diǎn)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析探討。4.對(duì)穩(wěn)恒電磁場(chǎng)作用下的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的納米流體分界面現(xiàn)象進(jìn)行了分析,提出采用脈沖電磁場(chǎng)優(yōu)化實(shí)驗(yàn),以脈沖電場(chǎng)的頻率為變量,保持一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度值,研究了頻率對(duì)納米流體單次凝固熔化循環(huán)過(guò)程分散穩(wěn)定性的影響,結(jié)果表明：采用脈沖電磁場(chǎng)的作用能夠進(jìn)一步提高納米流體凝固過(guò)程中的分散性,進(jìn)一步延長(zhǎng)其用作儲(chǔ)能材料的使用壽命。
[Abstract]:Nanofluids, as a new type of phase change energy storage materials, have the advantages of short solidification time, large energy storage and low undercooling. However, nanofluids are prone to agglomeration of particles during phase change energy storage, and precipitation eventually leads to failure. In this paper, the solidification process of water-based and paraffin-based nanofluids under magnetic and electromagnetic fields is studied experimentally, and the experimental results are analyzed. On this basis, the mechanism of improving the dispersion stability of nanofluids during solidification by external field is discussed. The solidification process of Fe304-paraffin and Fe3O4-H2O nanofluids was studied by measuring the area of the segregation region of the solidified nanoparticles and the absorbance of the melted nanofluids. The influence of different magnetic induction intensity on the dispersion stability of the solidified nanofluids was studied by using the classical electromagnetic theory and combining with the reality of the nanofluids. The experimental results show that a certain range of magnetic field can indeed improve the dispersion of Fe304 nanofluids after solidification, and there is a magnetic induction strength corresponding to the best dispersion stability at a certain solidification rate. The dispersion stability of nanofluids with good dispersion in solid phase after remelting is also good. If the dispersion of nanofluids during solidification process is well controlled, the dispersion stability of nanofluids during solid-liquid phase transition can be improved and the service life of nanofluids used as energy storage materials can be improved. Correctness of the theory. 2. Optimizing the experimental equipment, combining the principle of metal solidification directional solidification device and crystal growth theory with the solidification process of nanofluids, a nanofluids directional solidification constant temperature experimental platform is designed. The device has simple structure, convenient operation, good cooling effect, high temperature control precision, adjustable temperature gradient and can be used. In order to study the solidification process of nanofluids, high-precision experimental conditions are provided, and the temperature gradient value is determined by experiments to keep the solid-liquid interface flat and stable during the solidification process of nanofluids. Fluid directional solidification experiment system.3.Electromagnetic field was applied to the directional solidification process of graphite-paraffin and graphite-water nanofluids respectively. The magnetic induction intensity was taken as a variable to maintain a certain electric field intensity. The distribution of graphite particles in paraffin solidified solids was observed by environmental scanning electron microscope (SEM). The results show that electromagnetic field can improve the dispersion of graphite-water nanofluids during directional solidification and maintain a certain electric field intensity (magnetic induction). The magnetic induction strength (current density) in a certain range can improve the failure of nanofluids during solid-liquid phase change cycles under the condition of constant strength. The experimental results are analyzed and discussed by combining the theory of electromagnetic extrusion force with the actual characteristics of nanofluids. The interfacial phenomena of nanofluids were analyzed. Pulsed electromagnetic field optimization experiment was carried out to study the effect of frequency on the dispersion stability of nanofluids during single solidification and melting cycle. The results showed that the effect of pulse electromagnetic field could be further improved. The dispersion of nanofluids during solidification is improved, and the service life of the nanofluids as energy storage materials is further extended.
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1

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本文編號(hào)：2228939