熔盐基纳米流体管内流动换热特性模拟

何伯述 应兆平 苏良彬 丁广超 何頔 段志鹏

(1．北京交通大学 机械与电子控制工程学院，北京 100044；2.沧州交通学院 机械与动力工程学院,河北 黄骅 061199)

熔盐具有较高的比热容，并可同时作为传热和储能工质，因此其被广泛应用于聚光太阳能发电系统[1- 3]。其中，熔盐的流动传热特性备受关注。在实验研究方面，叶猛[4]和刘斌[5]研究了LiNO3在圆管内强制对流换热并拟合了相关关联式。Xiao等[6]利用HITEC(53% KNO3- 40% NaNO2- 7% NaNO3,质量分数)作为换热器热流体，发现层流和湍流流动段的摩擦压降与理论预测的误差均在15%以内。

熔盐基纳米流体是在熔盐中添加纳米颗粒来提高其热物性和传热性能。Shin等[7- 8]测量了SiO2-Li2CO3/K2CO3(其中SiO2质量分数为1%;Li2CO3与K2CO3的摩尔分数比为62%∶38%)纳米流体的热导率，发现比纯熔盐提高了47%。Zhang等[9]首次制备出Al2O3-Li2CO3/Na2CO3/K2CO3纳米流体，发现含有20、50和80 nm Al2O3颗粒的熔盐显示出更高的比热容(固体18.5%和液体33.0%、固体17.9%和液体22.7%、固体13.2%和液体17.5%)和更高的热导率(23.3%、28.5%和30.9%)。Hu等[10- 11]利用冻干法制备了Al2O3-和SiO2-太阳盐纳米流体，结果表明随着纳米颗粒浓度增大，流体比热容也增大。然而，对于熔盐基纳米流体流动换热特性的研究则较少。Ho 等[12]研究了圆管内HITEC熔盐基纳米流体层流流动换热特性，研究表明平均努塞尔数(Nu)提高了6.9%～11.6%，说明添加纳米颗粒起到了换热强化的作用。但由于熔盐工作温度高，常温下易凝固，开展熔盐基纳米流体流动换热的实验研究需要投入大量的人力物力。在保证准确性的前提下，采用数值模拟可以有效减少开支。

对于熔盐基纳米流体的数值模拟研究方面，现有研究仍然较少。……