《納米製冷劑蓄冷材料製備及其水合相變過程機理研究》是依託西安交通大學，由李娜擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米製冷劑蓄冷材料製備及其水合相變過程機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李娜
- 依託單位：西安交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
製冷劑氣體水合物具有獨特的相變性能，可實現能量儲存與合理利用，是新一代蓄冷工質，具有良好發展前景。針對目前製冷劑和水的相容性差、界面水合反應速率慢、傳熱傳質效率低、兩相混合能耗高的難題，該項目提出一種新型的納米製冷劑水合物相變蓄冷材料，即利用復配添加劑的特殊增溶作用提高製冷劑和水的兩相相容性，使製冷劑以納米尺度分散於水相中，形成熱力學穩定的微乳液相變蓄冷材料。研究內容包括微乳液相變蓄冷材料的製備、表面活性添加劑的篩選及復配、納米製冷劑微乳液的界面性質、製冷劑水合物晶體成核與生長特性、水合反應動力學影響因素及強化機制、納米製冷劑水合物熱物性分析測試、水合反應過程熱力學特性等。目的是認識微乳液中烴類水合物生成機理，最佳化納米製冷劑水合物蓄冷材料性能，促進制冷劑水合物均勻快速生成，提高製冷劑水合物的蓄冷效率。研究成果有助於推動製冷劑氣體水合物、微乳液反應、溶液結晶等領域的科學理論和套用技術的發展。
結題摘要
氣體水合物（籠型水合物）在能源儲存、化合物分離和提純及氣體儲存等領域具有巨大的套用前景，製冷劑水合物是新型蓄冷相變材料。水合物快速、均勻生成是實現水合物技術實際套用的關鍵。製冷劑多不溶於水，生成水合物的誘導時間長、過冷度大，且反應轉化率低。該研究通過增大製冷劑客體分子在水中的溶解度實現水合物大量快速生成，製備了熱力學穩定的R141b/H2O微乳液，R141b在微乳液中的水合反應誘導時間顯著縮短。觀察了微乳液體系水合物生成形貌，水合反應速度快、晶體均勻、填充率高。探索了微乳液體系納米製冷劑水合物晶體生長規律和機理。考察了T20濃度、R141b含量和溫度等水合反應實驗條件的影響。 考察了極性溶劑對R141b/H2O粗混合體系水合反應的影響。添加四氫呋喃（THF）促進了R141b水合反應，探討了二元混合工質R141b/THF的蓄冷優勢。在微乳液添加納米粒子構建納米流體，納米Al和Cu對R141b製冷劑水合反應促進效果顯著。微乳液中加入0.1 wt%的納米粒子Al和Cu後反應誘導時間縮短了60.6%，過冷度減小了55.3%。 利用混合量熱法測量了不同體系中生成R141b水合物漿體的蓄冷量，微乳液中生成水合物漿體蓄冷量高於粗混合體系中生成水合物漿體的蓄冷量。對製冷劑氣體水合物的分解條件進行了實驗測量和模型計算。採用定容法測量了水合物-製冷劑氣體-水三相平衡數據。搭建了相平衡實驗裝置，測量了R141b、R134a、R152a和R32的飽和蒸汽壓及其水合物的相平衡溫度和壓力，建立了製冷劑氣體水合物相平衡理論模型，相平衡模型預測值與實驗值平均誤差分別為1.9%, 3.21%, 4.03%以及1.03%。計算了水合物分解熱，計算結果與文獻結果總體平均誤差為2.87%。 為尋找可持續使用的製冷劑作為水合物蓄冷工質，測試了新型環保製冷劑的熱力學性質。採用振動弦法測量了HFO-1234yf和HFO-1234ze(E)的黏度，實驗結果的不確定度為2 %。利用基於硬球理論的模型對實驗數據進行了關聯計算，與實驗數據的平均絕對誤差分別為0.44%和0.59%。測量了HFE7、HFE7100、HFE7200以及HFE7500的黏度，總體置信區間為0.95的不確定度為2%，實驗結果與Andrade-Tait經驗方程相關性較高，平均絕對誤差分別為0.44%, 0.38%, 0.56%和0.56%。
