[发明专利]一种基于鼓泡搅拌法的纳米流体制备装置和方法

说明书

本发明提供一种基于鼓泡搅拌法的纳米流体制备装置和方法，属于纳米流体制备技术领域，至少包括液态相变材料储罐、混合用直立圆桶、纳米颗粒混合装置、纳米颗粒吸收装置、喷管。该装置采用两级控制齿轮组件协同作用，精准地实现自动化控制纳米颗粒的供给量、气‑固混合物的混合均匀度，通过各零部件的协同作用实现气‑固混合物内纳米颗粒比例的精确控制，最终实现从任意角度将纳米颗粒喷射到气体流动管道并制备具有较强湍流强度、纳米颗粒比例可控的气‑固混合物的自动化精准控制。该纳米流体制备方法中，气‑固混合物以鼓泡形式进入液态相变材料，以其携带的机械能驱动液态相变材料充分搅拌并与之混合均匀，制备纳米颗粒分散均匀的均质纳米流体。

技术领域

本发明提供一种基于鼓泡搅拌法的纳米流体制备装置和方法，属于纳米流体制备技术领域。

背景技术

固-液相变材料作为储热蓄热材料，具有成本低、相变潜热大和热稳定性好等优势，被广泛应用于余热利用、电力调峰、新能源利用、建筑节能、蓄冷空调等工业过程。为开发具有良好传热蓄热性能的固-液相变材料，研究者常利用具有高导热性能的纳米颗粒以改善固-液相变材料热物理性能。

在相变材料中添加纳米颗粒的常用方法包括两步水溶液法和机械混合法等。两步水溶液法是先利用超声波振荡相变材料和纳米颗粒的混合水溶液，随即蒸干相变材料混合水溶液的水分，其特点是程序简单、成本低、适用范围广。机械混合法是利用机械搅拌将相变材料和纳米颗粒混合以形成混合溶液，其特点是热稳定性好、性质稳定。在相变材料中添加纳米颗粒的制备过程中存在的主要问题包括：

（1） 两步水溶液法制备过程复杂，需要使用大量的去离子水并将之蒸干，不适用于大规模应用。

（2） 机械混合法需要纳米颗粒与相变材料之间有良好的相容性，纳米颗粒的掺杂量不可过大，所采用搅拌设备比较复杂，不利于纳米流体的量产。

（3） 由于纳米颗粒与相变材料密度、粘度等物性差异，导致掺杂纳米颗粒的固-液相变材料在应用过程中易出现相分离现象。例如，将膨胀石墨和金属锡粉分别添加到混合硝酸熔盐后发现，膨胀石墨易上浮于熔融态的混合硝酸熔盐中，而金属锡则易下沉于底部。

因此，探索形成一种在固-液相变材料中均匀掺混纳米颗粒的方法，并设计其应用装置是固-液相变材料在应用于传热蓄热过程的亟须解决的重要问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于鼓泡搅拌法的纳米流体制备装置和方法。所采用的在固-液相变材料中均匀掺混纳米颗粒的方法涉及纳米颗粒的混合、纳米颗粒在固-液相变材料中的掺混。具体地，纳米颗粒的混合采用环形分布的两级喷枪组件注射纳米颗粒，使用级喷枪组件将纳米颗粒推送至级喷枪直筒内，使用级喷枪组件将纳米颗粒推送到气体流通管道形成气-固混合物，通过控制级喷枪推杆、级喷枪推杆的运动速度和蠕动泵的进气流量以调节纳米颗粒在气-固混合物内的比例。气-固混合物以鼓泡形式进入液态相变材料，由于气体上升运动方式以螺旋上升与“之”字形上升为主，并伴有气泡聚并与破碎现象。气-固混合物以其携带的机械能驱动液态相变材料充分搅拌并与之混合均匀，以制备纳米颗粒分散均匀的均质纳米流体。通过气体与纳米颗粒的混合、气-固混合物与液态相变材料的掺混，使得纳米颗粒均匀地分散在均质纳米流体内，在换热器中高效完成传热换热过程。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供一种基于鼓泡搅拌法的纳米流体制备装置和方法，至少包括液态相变材料储罐、混合用直立圆桶、纳米颗粒混合装置、纳米颗粒吸收装置、喷管、泵、换热器、空气加热器、气体干燥装置、余气过滤装置、中间孔板、气室、质量流量计、蠕动泵。