[EMIM][DMP]+Water-Ethanol-Methanol及納米流體導(dǎo)熱系數(shù)的實驗和模擬研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、吸收式熱泵和吸收式制冷系統(tǒng)是一種節(jié)能設(shè)備,傳統(tǒng)的熱泵工質(zhì)對NH3/Water和Water/LiBr都有一些不可避免的缺點。因此,許多研究正致力于開發(fā)新型的工質(zhì)對。離子液體(ILs)具有蒸汽壓低、揮發(fā)性小,熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高,液程和電化學(xué)勢窗寬等優(yōu)點,已廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。已有研究表明,離子液體[EMIM][DMP]及其二元溶液具有成為新型熱泵工質(zhì)的潛能,但對于該體系的傳遞性質(zhì),尤其是導(dǎo)熱系數(shù)的研究還很缺乏。因此,本文對[EMIM]

2、[DMP](1)+ Water(2)/Ethanol(2)/Methanol(2)體系的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行實驗和分子動力學(xué)模擬研究,一方面,為離子液體數(shù)據(jù)庫增加新的熱物性數(shù)據(jù),另一方面,驗證非平衡分子模擬(RNEMD)方法在計算本文體系導(dǎo)熱系數(shù)方面的可行性。
  實驗研究部分:首先,在實驗室合成離子液體[EMIM][DMP],配好二元溶液和納米流體,之后利用瞬態(tài)熱線法測量不同溫度和IL摩爾分?jǐn)?shù)下的導(dǎo)熱系數(shù)。結(jié)果表明,對于[EMIM][D

3、MP](1)+Water(2)體系,當(dāng)x1=1.0和x1=0.6時,導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而減小,當(dāng)x1=0.4和x1=0.2時,則相反;對于另外兩個體系,導(dǎo)熱系數(shù)均隨溫度升高而減小。對于二元溶液[EMIM][DMP](1)+Water(2)/Methanol(2)體系,隨著IL摩爾分?jǐn)?shù)增加其導(dǎo)熱系數(shù)減小,而對于[EMIM][DMP](1)+ Ethanol(2)體系則正好相反。以離子液體二元溶液為基液的納米流體 SNF的導(dǎo)熱系數(shù)隨著碳納米

4、管質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而顯著增大,當(dāng)x1=0.4時,最大的增強比為1.2907,此時相對于基液增加了29.07%。
  模擬研究部分:采用RNEMD模擬研究了上述三個二元溶液體系的導(dǎo)熱系數(shù)。首先,利用量化計算對[EMIM][DMP]進(jìn)行優(yōu)化計算,得到其最穩(wěn)定構(gòu)型、原子電荷、平衡鍵長和鍵角等力場參數(shù),然后基于AMBER/OPLS_AA力場進(jìn)行模擬計算。結(jié)果顯示,密度的模擬值與實驗值的相對誤差在2%以內(nèi),導(dǎo)熱系數(shù)模擬值的變化趨勢和實驗趨勢吻

5、合得很好,在大多數(shù)情況下相對誤差小于15%,說明力場和RNEMD方法計算導(dǎo)熱系數(shù)的合理性,在缺乏實驗數(shù)據(jù)的情況下可以利用該方法對導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行估計。通過比較三個體系的相對誤差值,發(fā)現(xiàn)導(dǎo)熱系數(shù)的誤差和組分的極性有關(guān)。此外,對碳納米管在基液中的傳熱機(jī)理進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)界面處的導(dǎo)熱系數(shù)很小,能量主要在平行于碳納米管管軸的方向進(jìn)行傳遞,該方向上的導(dǎo)熱系數(shù)值可以作為混合物總的導(dǎo)熱系數(shù)。
  本文的研究為離子液體數(shù)據(jù)庫增加了新的熱物性數(shù)據(jù),并且

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