水合物漿體高效生成研究.pdf

1、四丁基溴化銨水合物漿體（Tetra-n-butyl ammonium bromide clathrate hydrate slurry, TBAB CHS）在常壓下的相變溫度介于0-12℃之間，以固-液兩相懸濁液的形式存在，是一種理想的冷量輸送和蓄冷介質(zhì)。作為冷量傳輸介質(zhì)，由于存在相變過程，其冷量傳輸密度遠(yuǎn)高于相同溫差下的冷水；另一方面，TBAB包絡(luò)水合物漿體具有良好的流動性，可以方便地通過泵和管道輸送。因此，TBAB水合物漿體在中央空

2、調(diào)以及區(qū)域供冷系統(tǒng)中具有良好的節(jié)能應(yīng)用前景。
　　本文對TBAB水合物漿體的熱物性以及生成特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。首先，借助降溫實(shí)驗(yàn)裝置，對Ma等利用差示掃描量熱儀（DSC）給出的TBAB溶液結(jié)晶相圖進(jìn)行了完善。TBAB溶液中添加5 wt％的NaCl后可改變其共晶熔融點(diǎn)的溫度，這樣有利于擴(kuò)大溶液的濃度適用范圍，溶液生成漿體后固體顆粒沉降導(dǎo)致的分層現(xiàn)象也可得到減緩。文獻(xiàn)中鮮有TBAB水合物漿體導(dǎo)熱系數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)，本文利用熱線裝置分別測量

3、了TBAB溶液和水合物漿體的導(dǎo)熱系數(shù)。實(shí)驗(yàn)得出5-30 wt%TBAB溶液的導(dǎo)熱系數(shù)在0.4-0.6 W?m-1?K-1之間，并隨濃度的增加而減??；10-40vol%的水合物漿體的導(dǎo)熱系數(shù)在0.5-0.6 W?m-1?K-1之間，并隨體積分?jǐn)?shù)的增加而增大；相同體積濃度下A型水合物漿體的導(dǎo)熱系數(shù)大于B型水合物漿體的導(dǎo)熱系數(shù)。為消除測量漿體導(dǎo)熱系數(shù)時由于潛熱影響帶來的測量誤差，利用一維導(dǎo)熱模型對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了修正，得到 B型水合物漿體的導(dǎo)熱

4、系數(shù)在0.52-0.55 W?m-1?K-1之間，比實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果小3%左右。
　　利用可視化實(shí)驗(yàn)裝置研究分析了TBAB水合物晶體在銅管表面的成核、生長過程，并對TBAB降溫過程中的溫度突變和釋放凝固潛熱過程進(jìn)行了分析。討論了誘導(dǎo)時間以及記憶效應(yīng)在晶體生成過程中的應(yīng)用，并對不同濃度TBAB溶液處于不同過冷度下在銅管表面的結(jié)晶厚度進(jìn)行了討論分析。
　　基于過冷法原理，搭建了一套結(jié)構(gòu)簡單、切實(shí)可行的TBAB水合物漿體制取裝置。采用

5、同軸換熱器和套管式換熱器（自制，帶有可視化段）在不同實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行了TBAB水合物漿體生成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，冷卻溶液溫度越低得到的漿體濃度越大，但同時漿體黏結(jié)在換熱器表面形成的熱阻也越大。同軸換熱器制取漿體過程中，流速0.8~1.6m/s的15wt%TBAB溶液流經(jīng)換熱器的壓降約為同條件下水的1.2倍；當(dāng)漿體的體積分?jǐn)?shù)介于8vol%~24vol%之間，流速0.9-1.6m/s，換熱器進(jìn)出口壓降介于4-24kPa之間，和單相流體相比壓降

6、約為溶液的1.2-2倍。相比于同軸換熱器，自制的套管式換熱器換熱能力差，溶液形成漿體后，銅管兩側(cè)溫差較大，漿體黏結(jié)嚴(yán)重，可制得漿體的濃度較小，壓降較大，但其可以方便的觀察晶體在銅管表面生長狀況，進(jìn)而推測晶體在同軸換熱器表面的生長情形。綜上，在本實(shí)驗(yàn)裝置中利用初始濃度x0=10wt%-15wt%的溶液制取TBAB水合物漿體較為合理，借助套管式換熱器可在儲藏罐中得到15vol%左右的漿體，換熱器最終的總體傳熱系數(shù)在100W?m-2?K-1左