一种高稳定性潜热输送相变乳液及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于相变材料技术领域，尤其涉及一种高稳定性潜热输送相变乳液及其制备方法与应用。


背景技术：

2.节能减排是当前社会经济发展的主题之一，在冷、热输送技术的相关领域，更高的效率、更低的能耗、更少的环境破坏性已经成为技术革新和发展的重要方向。随着科技的发展，传统的换热工质已不能满足高传热强度和微通道散热等特殊环境下的传热与冷却需求，科研工作者们开始将纳米技术应用到新型换热工质的研制中，提出了纳米流体的新概念，即以一定的方式和比例，在基液中添加纳米级固体颗粒而形成的悬浮液。
3.相变流体是由相变材料悬浮在单相传热流体中而形成的一种均匀相乳状液。相变流体不仅具有乳状液良好的流动特性优势，另外，当温度发生变化时，其中的相变材料将会吸收或释放大量相变潜热，从而大幅度提高了流体的蓄热能力。相变流体作为一种新型潜热型输送介质，其蓄、放热过程具有蓄能密度大且温度变化小的优势，将相变材料制成相变微乳液，相变微乳液主要包括分散相的相变材料和连续相的流体介质，此系统不仅能够利用相变材料的潜热，而且能够利用流体介质的显热来储存热能，有很高的储能密度。作为分散相的相变材料在固-液相之间相互转变时，作为连续相的流体介质始终是液态，相变材料系统在宏观上一直是流动的。但是如何保证相变乳液的稳定性(静态稳定和动态稳定)，保证相变乳状液的粒径足够小，避免乳滴直径过大，易堵塞管路的现象是目前现有技术存在的问题。
4.同时，常规的微乳液为热力学不稳定体系，使用寿命短，即使它在静置储存条件下能保持稳定，在经过反复的相变循环和泵送的超大载力负荷等复杂的运行条件后，也很容易发生破乳、分相等现象，使分散相从连续相中分离出来，破坏微乳液系统的平衡稳定性，导致微乳液系统的储能性能下降甚至失去应用价值。过冷现象则是常规相变微乳液的另一个缺点。过冷是指物质在温度到达凝固点时而不产生凝固变化，而要使物质凝固，必须将物质冷却到低于凝固点的温度。过冷现象在实际应用中会大幅度增大系统的运行温度范围，从而使相变储能失去其温度变化小的主要优点。另外，相变流体自身普遍存在导热系数低以及腐蚀性等问题，部分相变材料还易发生相分层、过冷、挥发等现象，这些缺陷限制了纳米相变流体技术的广泛应用。
5.此外，在相变流体中添加纳米颗粒及分散剂可以提高相变流体的传热性能和稳定性，纳米颗粒可以在一定程度上增大相变材料的导热系数，而分散剂可以通过使纳米颗粒均匀分布从而改善悬浮液的稳定性。但是，相变流体自身的导热系数较低，热量传递速度较慢，导致一部分相变流体在流经系统时，未完全吸热达到相变温度，导致部分相变流体没有发生相变，未能充分达到强化传热的效果。纳米相变流体介质相对较低的导热系数不能满足小温差强化传热的要求，设备强化传热的措施主要从强化换热表面、制造工艺入手，但受到设备结构和制造成本的限制。同时，添加粒径在100nm以下的纳米颗粒，具有小尺寸效应，
表面能高，并且处于剧烈的布朗运动中，极易碰撞形成带有若干弱连接界面的较大的团聚体，从而产生沉淀，降低稳定性，造成聚结堵塞管道问题。
6.为此，能够提供一种高稳定性潜热输送相变乳液以及纳米相变流体是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明提供了一种高稳定性潜热输送相变乳液的配方及其制备方法，以及通过相变乳液制备的高稳定性(热力学稳定性、分散稳定性以及动态稳定性)、高导热系数、低成核过冷度、储能密度高、可泵送避免堵塞管路的纳米相变流体，解决的现有技术中存在的技术问题。
8.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.一种高稳定性潜热输送相变乳液，包括以下质量百分比原材料：相变蓄热材料30-45％、表面活性剂5-10％、晶核剂1-8％、防冻剂5-12％和水40-50％；
10.其中，所述表面活性剂的hlb值为10-14。
11.本发明制备稳定性的潜热输送相变乳状液，通过研究相变材料种类/质量分数/表面活性剂、晶核剂及功能助剂种类/质量分数均对相变流体物性产生影响，获得相关原材料及配比；同时表面活性剂是决定乳液稳定性能的关键，由于相变材料在温度改变时会发生固-液相转变，结晶的相变材料容易“刺穿”乳化粒子表面吸附的表面活性剂所形成的界面膜，从而降低乳液稳定性，所采用的表面活性剂必须在乳化的相变材料粒子界面能形成较紧密的或有序排列的吸附层，本发明通过大量的实验最终确定，该体系采用hlb值10-14的非离子型表面活性剂配制的乳液稳定性能良好。
12.同时本发明整个相变乳液的质量配比也至关重要，具体的说，相变乳液体系的粘度会影响体系的稳定性、相变乳液的流动性以及泵的能耗。本发明探究发现随着相变蓄热材料正构烷烃质量分数的增加相变乳液的粘度不断地增大，42％的相变乳液的粘度是10wt％相变乳液的360倍；相同正构烷烃质量分数的乳液的粘度随着温度的升高缓慢的降低，在相变区间内乳液的粘度会突然升高，这是因为固体正构烷烃的粘度高于液体正构烷烃，所有样品的粘度均小干2pa.s符合动态输系统的要求；
13.同时整个相变乳液体系的粘度主要受分散相在连续相中移动难易程度的影响，分散相平均粒度变大时，分散相间的间隔变大，分散相移动变容易，乳状液黏度减小；连续相的流动性变好，分散相在连续相中的移动就会变容易，乳状液粘度减小。含水量的增加使乳状液颗粒问的水增多，颗粒的移动变得顺畅，乳状液的粘度减小。助乳化剂和机械搅拌通过改变石蜡和水的表面张力，使乳状液颗粒的平均尺寸变大或变小。乳状液颗粒的平均尺寸变大时，乳状液颗粒间的间隔变大，颗粒问的移动变容易，乳状液的粘度减小；乳状液颗粒的平均尺寸变小时，乳状液颗粒间的间隔变小，颗粒问的移动变困难，乳状液的粘度上升，所以，需要原材料之间合适的配比来平衡相关性能，保证最佳的粘度。
14.优选的，所述表面活性剂包括乳化表面活性剂和助表面活性剂，二者质量比为4:1。
15.优选的，所述乳化表面活性剂为非离子型表面活性剂；
16.优选的，所述非离子型表面活性剂为丙二醇脂肪酸酯、聚氧乙烯油醇醚、失水山梨
醇单油酸酯聚氧乙烯醚、失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单棕榈酸酯和聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯中的至少两种；
17.本发明采用两种非离子表面活性剂作为复配乳化表面活性剂，非离子表面活性剂的亲水亲油平衡值(hlb值)为0-20，即完全由疏水碳氢基团组成的相变蓄热材料正构烷烃分子的hlb值为0，完全由亲水性的氧乙烯基组成的聚氧乙烯的hlb值为20，既有碳氢链又有氧乙烯链的表面活性剂的hlb值则介于两者之间，两组分非离子表面活性剂体系的hlb值可按式hlb
ab
＝(hlba×
wa+hlbb×
wb)/(wa+wb)计算hlb，式中wa和wb分别表示表面活性剂a和b的量，hlba和hlbb则分别是a和b的hlb值，hlb
ab
为混合后的表面活性剂hlb值，所以本发明通过最佳hlb值来确定复配乳化剂的最佳比例。
18.所述助表面活性剂为正丁醇、正戊醇、硬脂酸、月桂酸和辛酸中的任意一种。
19.本发明通过加入助表面活性剂后，进一步降低了界面张力，增加界面膜的流动性，调节表面活性剂的hlb值，助表面活性剂可进入界面膜中的表面活性剂分子间，降低界面膜的刚性，增加流动性，减少微乳液形成所需的弯曲能，易形成微乳液。当界面的醇量增大到一定程度时，界面流动性太强导致液滴间相互吸引作用占主导作用，从而引起增溶水量下降，而且随助表面活性剂加入量继续增加，hlb值出现明显变化，从而减少了微乳液相区的面积。
20.优选的，所述相变蓄热材料为正构烷烃中的至少一种，其分子式为c
nh2n+2
，n为23-30的整数。
21.通过选择不同的碳原子个数的构烷烃类物质，可获得不同相变温度，本发明采用的相变蓄热材料正构烷烃是一种在47-68℃之间存在相变材料，熔融热焓在240-260j/g之间，无毒、低腐蚀、过冷结晶不明显，价格相对较低，适用于高储能密度采暖供热潜热输送材料，获得中温区相变材料体系。
22.所述晶核剂为硬脂酸、石蜡、月桂酸和棕榈酸中的任意一种。
23.(热)度是限制相变乳液发展的一大难题，加入晶核剂由于不同结晶机制所引起的两个凝固峰的出现，温度较高的凝固峰是由异相成核所引起的，其结晶形成是在异物表面，比如在正构烷烃中包含的杂质表面形成结晶；而另一个温度较低的凝固峰是由均相成核引起的，由正构烷烃生成晶核并形成结晶；本发明通过加入晶核剂可以增强异相成核作用，从而降低过冷(热)度。
24.所述防冻剂为乙二醇、丙二醇、乙醇、三乙醇胺和二甲基亚砜中的任意一种。
25.为了防止寒冷地区使用的大门暖风幕、暖风机，加热系统选用防冻剂水溶液作为载热介质。新风机组和组合式空调机加热器的管内热媒冻结造成换热器的损坏，在热媒中添加防冻剂，来防冻是目前较为现行的方法之一，防冻液可以在无人楼宇停用采暖而不冻管，采用pvc高温热水管和抗冻液可大大节能，减少冻管和水垢。
26.上述所述的一种高稳定性潜热输送相变乳液的制备方法，包括以下步骤：
27.(1)按质量百分比称取原材料：相变蓄热材料30-45％、表面活性剂5-10％、晶核剂1-8％、防冻剂5-12％和水40-50％；
28.(2)将所述晶核剂和所述相变蓄热材料混合后加热搅拌成均匀分散相a；
29.(3)将所述表面活性剂、所述水和所述防冻剂混合后加热搅拌得到连续相b；
30.(4)将所述分散相a加入所述连续相b中，经过高速均质即得一种高稳定性潜热输
送相变乳液。
31.本发明通过采用制备过程中伴随加热均质机乳化，制备悬浮液稳定性最佳的潜热输送相变乳状液，制备的潜热输送相变乳状液分散相的粒径为0.2-1.0μm。
32.优选的，步骤(2)和(3)中所述加热的温度均为60-80℃；
33.步骤(4)中所述高速均质的条件为：转速为15000-25000rpm，加热温度为60-80℃，均质时间为5-10min。
34.一种纳米颗粒相变流体，包括上述所述相变乳液或者上述所述制备方法得到的相变乳液。
35.优选的，所述纳米颗粒相变流体包括以下质量百分比原材料：相变乳液99.0-99.8％，纳米材料0.1-0.5％和分散剂0.1-0.5％。
36.本发明通过进一步经选择添加分散剂可明显提高添加纳米颗粒的相变流体稳定性(热力学稳定性、分散稳定性以及动态稳定性)；通过研究纳米颗粒(自身导热系数更高的纳米固体粒子)种类/质量分数/粒径及分散剂种类/质量分数均对添加纳米颗粒的纳米相变流体物性产生影响，将纳米颗粒添加到相变流体中，得到高稳定性(热力学稳定性、分散稳定性以及动态稳定性)、高导热系数、低成核过冷度、储能密度高、粘度相对更低，具有减阻特点，不易堵塞管道，泵耗降低的纳米相变流体，
37.优选的，所述纳米材料纳米氮化铝、纳米氮化硼和纳米碳化硅中的任意一种；
38.添加纳米颗粒可以为纳米流体强化传热机理，根据这一原理本发明所通过添加分散的纳米材料为高导热系数的纳米材料，其导热系数为70-330w/m
·
k之间，目前所公布的专利和文献多采用纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米氧化铁等金属氧化物作为添加相变流体的纳米颗粒，其材料自身导热系数为1.0-6.5w/m
·
k之间，制备出的纳米相变流体导热系数为0.40-0.60w/m
·
k之间，相变潜热＜50j/g，本发明采用具有高导热性的材料可以有效地传递热量并容易从环境中吸收热量，不良的热导体会阻碍热流并从周围缓慢获取热量。
39.且本领域公知添加纳米颗粒对相变流体的相变起始温度以及峰值温度几乎没有影响，但会使相变流体的储能密度减小，导致相变流体的相变潜热降低，所以为了提高相变流体的导热系数，需要尽量减小相变颗粒的质量分数，但同时相变潜热也会随着质量分数的减小而降低，为了平衡两者矛盾，在不减小或增加相变流体相变潜热的前提下，同时增加相变流体的导热系数，本发明采用在液体中悬浮自身导热系数更高的纳米固体粒子。
40.本发明为获取更高的相变潜热和良好的相变流体的导热系数，通过在相变流体中悬浮自身导热系数更高的纳米固体粒子，可以相对减少纳米颗粒的质量分数。基于纳米颗粒质量分数增大，对相变潜热的影响最为突出，纳米颗粒质量分数越大，悬浮液相变潜热急剧减小，同时相变起始温度与相变峰值温度越低，因为随着纳米颗粒质量分数的增加，单位体积下纳米颗粒的数量增加，纳米颗粒与相变颗粒、纳米颗粒与纳米颗粒之间的作用力越来越强烈，碰撞频率以及碰撞强度更加剧烈，能量传递速率加快，使悬浮液相变能力增强，导致纳米颗粒质量分数高的悬浮液不用达到较高的温度就能提前发生相变，因此相变起始温度与相变峰值温度均有所降低。另外，与添加纳米颗粒使悬浮液相变潜热降低原因相同，纳米颗粒质量分数越大，热量传递速度越快，相变完成时间越短，从而导致有效相变潜热越来越少。所以，纳米相变流体的导热系数主要取决于纳米粒子本身的导热性能和相变基液性质，纳米颗粒内部热量的传递是声子通过量子涨落传热，声子具有粒子的性质，声子传递
能量的方式是弹道式的热传递，在传递过程中并不会与其他粒子碰撞，直接以声速直线传递能量，高导热系数的纳米颗粒速度较快，自身导热系数高的纳米粒子在超声搅拌作用下均匀分散在乳液中，一部分纳米粒子被相变蓄热材料正构烷烃微粒包裹，一部分纳米粒子分散在水相中，从而导致导热系数有较大的提高。
41.此外，热循环稳定性是指纳米相变流体经过多次熔化-凝固反复循环过程后，其分散性、流动性、稳定性等性能参数的变化情况。纳米相变流体在经过反复的相变循环和泵送的超大载力负荷等复杂的运行条件后，很容易发生破乳、分相等现象，使分散相从连续相中分离出来，破坏微乳液系统的平衡稳定性，导致微乳液系统的储能性能下降甚至失去应用价值，悬浮液中纳米颗粒质量分数越大，其在热循环中的稳定性越差；在相变流体中悬浮自身导热系数更高的纳米固体粒子，可以相对减少纳米颗粒的质量分数，从而提高纳米相变流体热循环稳定性，所以，本发明采用的纳米材料与现有技术相比具有显著的进步。
42.优选的，所述纳米材料的粒径为5-20nm。
43.纳米颗粒热循环中，随着碰撞频率增加，易发生团聚现象，团聚的纳米颗粒体从相变流体中析出，导致悬浮液能量传递能力减弱。相同温度下，纳米颗粒粒径越大，添加纳米颗粒的相变流体导热系数越小，一方面，纳米颗粒粒径越小，粒子的比表面积越大，越有利于纳米颗粒与基液流体之间的热量传递；另一方面，纳米颗粒粒径越小，其在基液中的布朗运动越激烈，越有利于热量传递；综合两方面原因，减小纳米颗粒粒径能引起导热系数的提高。基于纳米颗粒粒径增大，悬浮液相变温度及相变潜热有减小的趋势，随着纳米颗粒粒径的增加，相变流体的储能密度越来越小，导致相变流体的相变潜热降低；基于相同温度下，纳米颗粒粒径越大，添加纳米颗粒相变流体的粘度越大，这是由于纳米颗粒粒径越大，相同质量分数时，纳米颗粒间的空间距离减小，导致粒子之间的引力增强，一方面纳米颗粒之间相对移动受阻，另一方面发生团聚几率增大，两方面原因导致添加纳米颗粒相变流体的粘度增大。添加不同粒径纳米颗粒的相变流体导热系数及相变潜热均随循环次数增大呈一定程度降低，且粒径越大，悬浮液的动态稳定性越差，当采用本发明纳米颗粒粒径5-20nm时，悬浮液导热系数及相变潜热变化率均为最小，动态稳定性最佳，小于5nm的纳米颗粒市场化产品很少，而且有很高成本，本发明专利不考虑；
44.同时，纳米粒子既起着晶核剂的作用，又可显著提高相变流体的导热系数，达到强化换热的目的，在相变乳液加入其他物质作为晶核剂可以增强异相成核作用，从而降低过冷度。纳米颗粒颗粒粒径越小，粒子的比表面积越大，越有利于增强相变乳液异相成核。
45.所述分散剂为聚乙烯醇、黄原胶、瓜尔胶、阿拉伯胶和聚乙二醇中的任意一种。
46.目前，在相变乳化基液中适当添加纳米颗粒最为突出的问题是悬浮液的稳定性，添加纳米颗粒的相变流体属于胶体体系，胶体稳定性定义为三个方面，包括热力学稳定性、分散稳定性以及动态稳定性，由于添加纳米颗粒的相变流体是多相分散体系，界面能较大，因此在热力学方面是不稳定的。由于不同纳米颗粒在悬浮液中呈现的特性不同，对应不同的纳米颗粒所选择的分散剂种类也有所不同，如果分散剂种类选择的不合适，则分散剂无法稳定地吸附在纳米颗粒表面，对粒子的包裹不完全，从而削弱了对纳米颗粒的分散效果；如果分散剂质量分数过小，则纳米颗粒表面吸附的分散剂不足以克服粒子间的吸引力，导致纳米颗粒聚集；反之加入质量分数过大的分散剂，则会造成分散剂高分子长链缠绕，同样会使粒子聚集；因此在制备添加纳米颗粒的相变流体时一定要选择合适的分散剂，以及分
散手段以获得稳定的悬浮液，并在合理范围内控制分散剂的质量分数。
47.由于本发明所选纳米材料为高导热系数的纳米材料，这类纳米颗粒化合物适合高分子型表面分散剂，高分子型表面分散剂具有的乳化剂、稳定剂、悬浮剂、粘合剂、成膜剂功能，它们的相对分子量很大，添加到纳米颗粒悬浮液时，会在其中形成质点聚集的非电性空间阻碍，非电性空间阻碍虽然会使得原来粒子问的势垒降低或消失，但由于其特殊的长链结构阻止了粒子问的相互接触，使纳米颗粒上的高分子在压缩或局部质量分数增大的情况下引起斥力升高，并大于颗粒间的范德华引力，从而达到稳定分散的目的。高分子分散剂的浓度也存在着一个最优值，加入量过少，其长链结构并不能很好地阻止粒子间的接触，而加入量过多时，高分子表面活性剂会以纳米颗粒为核心形成体积较大的团聚体，团聚体在溶液中不断地运动，并与其他团聚体交联，使得溶液稳定性变差；在添加了高分子型表面分散剂的纳米流体中，高分子长链包覆在纳米颗粒四周，形成了稳定的分隔层，阻止了大部分颗粒的接触，因而分散效果优良。
48.本发明通过添加高分子型表面分散剂可以明显改善纳米相变流体动态稳定性，使相变流体在反复热循环过程中保持均匀分散，提高纳米相变流体热循环稳定性；添加高分子型表面分散剂对相变流体整体的导热系数起到的是增大的作用。相变流体中加入分散剂后，分散剂颗粒吸附在纳米颗粒表面，分散剂在悬浮液中降低了纳米颗粒与相变颗粒、纳米颗粒与纳米颗粒之间的碰撞频率，降低了能量传递的速率，同样造成悬浮液导热系数减小。高分子型表面分散剂量分数对悬浮液导热系数的影响是呈反比的，添加的分散剂质量分数越大，悬浮液的导热系数越低；分散剂质量分数较小时，对纳米颗粒的分散效果较差，纳米颗粒容易形成团聚下沉，造成导热系数减小；分散剂质量分数过大时，分散剂发生絮凝作用，加快了纳米颗粒的聚沉，使导热系数降低。分散剂质量分数几乎不会对相变流体的相变温度以及相变潜热造成影响，所以分散剂的质量分数一定要适量。
49.上述所述的一种纳米颗粒相变流体的制备方法，具体包括以下步骤：
50.(1)按质量百分比称取原材料：相变乳液99.0-99.8％，纳米材料0.1-0.5％和分散剂0.1-0.5％，备用；
51.(2)将所述分散剂和所述纳米材料依次加入所述相变乳液中搅拌均匀得到混合液备用；
52.(3)将所述混合液超声处理后即得一种纳米颗粒相变流体。
53.优选的，步骤(3)中所述超声处理的条件为：频率20-25khz，时间为3h。
54.优选的，防止纳米流体过热所述超声处理每隔40min停止超声3min。
55.上述所述相变乳液、上述所述制备方法得到的相变乳液、上述所述的纳米颗粒相变流体或者上述所述制备方法得到的纳米颗粒相变流体在制备换热工质中的应用。
56.将相变储能材料制成的相变流体与纳米材料相结合，利用纳米材料表面效应和体积效应的优势，一方面降低相变流体的粘度系数，另一方面增大相变流体的导热系数以提高复合相变流体的热物性能与流动特性。纳米相变流体作为一种新型的高效、高传热性能的能量输运工质，可有效提高热系统的传热性能，提高热系统的高效低阻紧凑等性能指标，满足热系统高负荷的传热冷却要求，满足一些特殊条件(微尺度条件)下的强化传热要求，被称之为未来的冷却散热技术。已在很多行业得到广泛应用，例如，航天器热控工质的强化传热、纳米流体工质热管、纳米流体在微通道中的传热强化和纳米流体强化传质过程等。纳
米相变流体是指把金属或非金属纳米粉体分散到液体相变换热介质中，制备成均匀、蓄冷蓄热、稳定、高导热的新型换热介质。纳米流体在能源、化工、汽车、建筑、微电子、信息等领域具有巨大的潜在应用前景。
57.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：通过本发明配方制备的相变乳液，具有高稳定性，同时将纳米颗粒添加到相变乳液中，搅拌均匀后，再添加分散剂，可以得到高稳定性(热力学稳定性、分散稳定性以及动态稳定性)、高导热系数、低成核过冷度、储能密度高、粘度相对更低，具有减阻特点，不易堵塞管道，泵耗降低的纳米相变流体，在能源、化工、汽车、建筑、微电子、信息等领域具有巨大的潜在应用前景。
附图说明
58.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，本描述中的附图仅仅是本发明的实施例。
59.图1为实施例1-3不同质量分数的碳化硅相变流体的熔化和疑固dsc曲线图；
60.图2为实施例4-6不同质量分数的氮化铝相变流体的熔化和疑固dsc曲线图；
61.图3为实施例7-9不同质量分数的氮化硼相变流体的熔化和疑固dsc曲线图；
62.图4为实施例1-3不同质量分数的碳化硅相变流体的导热系数曲线图；
63.图5为实施例4-6不同质量分数的氮化铝相变流体的导热系数曲线图；
64.图6为实施例7-9不同质量分数的氮化硼相变流体的导热系数曲线图；
65.图7为不同质量分数的碳化硅相变流体的吸热熔化过程的dsc曲线图；
66.图8为不同质量分数的碳化硼相变流体的吸热熔化过程的dsc曲线图。
具体实施方式
67.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
68.实施例1
69.本发明提供一种纳米颗粒相变流体的制备方法，包括以下步骤：
70.1、制备相变乳液：
71.(1)将3kg硬脂酸加入30kg正构烷烃混合相变材料(c
29h60
占比40％，c
27h56
占比20％，c
25h52
占比20％，c
23h48
占比20％)中并加热至75℃搅拌均匀形成透明液体，得到均匀分散相体系a；
72.(2)将1.87kg失水山梨醇单硬脂酸酯(span60)、2.13kg聚氧乙烯失水山梨醇单棕榈酸酯(tween40)、1.0kg正戊醇加入50kg水和12kg乙醇的混合液中，加热至75℃搅拌均匀中形成透明液体，得到连续相体系b；
73.(3)将连续相加热至相同温度，将分散相体系a混合液缓慢加入连续相体系b中，加入的同时持续搅拌(转速1000rpm)，形成预制乳状液，导入高速均质乳化机，转速为21000rpm，加热温度控制在75℃之内，均质乳化时间为10min，产物为不透明乳白色的相变微乳液，其中相变材料重量比为30％，粒径为0.4μm的相变微乳液；
74.2、制备纳米相变流体
75.将0.3kg的黄原胶缓慢添加到装有99.6kg相变流体的磁力搅拌釜中，磁力搅拌10min(转速1000rpm)搅拌均匀；将0.1kg的纳米碳化硅(5nm)粒分2次缓慢添加到磁力搅拌釜(转速1000rpm)并搅拌均匀；再在频率为25khz条件下进行超声振动，为防止纳米流体过热，每隔40min停止超声3min，振荡时长为3h得到碳化硅纳米相变流体。
76.实施例2
77.本发明提供一种纳米颗粒相变流体的制备方法，包括以下步骤：
78.1、制备相变乳液
79.(1)将6kg硬脂酸加入35kg正构烷烃混合相变材料(c
27h56
占比60％，c
24h50
占比40％)中并加热至62℃搅拌均匀形成透明液体，得到均匀分散相体系a；
80.(2)将1.12kg失水山梨醇单硬脂酸酯(span60)、2.88kg聚氧乙烯失水山梨醇单棕榈酸酯(tween40)、1.0kg正戊醇加入45kg水和9.0kg乙醇的混合液中，加热至62℃搅拌均匀中形成透明液体，得到连续相体系b；
81.(3)将连续相加热至相同温度，将分散相体系a混合液缓慢加入连续相体系b中，加入的同时持续搅拌(转速1000rpm)，形成预制乳状液，导入高速均质乳化机，转速为21000rpm，加热温度控制在62℃之内，均质乳化时间为10min，产物为不透明乳白色的相变微乳液，其中相变材料重量比为35％，粒径为0.7μm的相变微乳液；
82.2、制备纳米相变流体
83.将0.2kg的瓜尔胶缓慢添加到装有99.5kg相变流体的磁力搅拌釜中，磁力搅拌10min(转速1000rpm)搅拌均匀；将0.3kg的纳米碳化硅(10nm)粒分3次缓慢添加到磁力搅拌釜(转速1000rpm)并搅拌均匀；再在频率为25khz条件下进行超声振动，为防止纳米流体过热，每隔40min停止超声3min，振荡时长为3h得到碳化硅纳米相变流体。
84.实施例3
85.本发明提供一种纳米颗粒相变流体的制备方法，包括以下步骤：
86.1、制备相变乳液
87.(1)将5kg的硬脂酸加入40kg正构烷烃c
30h62
相变材料中并加热至80℃搅拌均匀形成透明液体，得到均匀分散相体系a；
88.(2)将0.73kg失水山梨醇单油酸酯(span80)、7.27kg失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚(tween80)、2kg正戊醇加40kg水和5kg乙二醇的混合液中，加热至80℃搅拌均匀中形成透明液体，得到连续相体系b；
89.(3)将连续相加热至相同温度，将分散相a混合液缓慢加入到连续相体系b中，加入的同时持续搅拌(转速1000rpm)，形成预制乳状液，导入高速均质乳化机，转速为25000rpm，加热温度控制在80℃之内，均质乳化时间为10min，产物为不透明乳白色的相变微乳液，其中相变材料重量比为40％，粒径为0.5μm的相变微乳液；
90.2、制备纳米相变流体
91.将0.5kg的水溶性聚乙烯醇缓慢添加到装有99kg相变流体的磁力搅拌釜中，磁力搅拌10min(转速1000rpm)搅拌均匀；将0.5kg的纳米碳化硅(20nm)粒分5次缓慢添加到磁力搅拌釜(转速1000rpm)并搅拌均匀；再在频率为25khz条件下进行超声振动，为防止纳米流体过热，每隔40min停止超声3min，振荡时长为3h得到碳化硅纳米相变流体。
92.实施例4
93.本发明提供一种纳米颗粒相变流体的制备方法，包括以下步骤：
94.1、制备相变乳液
95.(1)将2kg硬脂酸加入30kg正构烷烃相变材料混合材料(c
30h62
占比40％，c
24h50
占比60％，)中并加热至70℃搅拌均匀形成透明液体，得到均匀分散相体系a；
96.(2)将3.0kg失水山梨醇单油酸酯(span80)、3.4kg失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚(tween80)、1.6kg正丁醇加40kg水和10kg丙二醇的混合液中，加热至70℃搅拌均匀中形成透明液体，得到连续相体系b；
97.(3)将连续相加热至相同温度，将分散相体系a混合液缓慢加入连续相体系b中，加入的同时持续搅拌(转速1000rpm)，形成预制乳状液，导入高速均质乳化机，转速为25000rpm，加热温度控制在70℃之内，均质乳化时间为10min，产物为不透明乳白色的相变微乳液，其中相变材料重量比为30％，粒径为0.1μm的相变微乳液；
98.2、制备纳米相变流体
99.将0.4kg的阿拉伯胶缓慢添加到装有99.5kg相变流体的磁力搅拌釜中，磁力搅拌10min(转速1000rpm)搅拌均匀；将0.1kg的纳米氮化铝(5nm)粒分3次缓慢添加到磁力搅拌釜(转速1000rpm)并搅拌均匀；再在频率为25khz条件下进行超声振动，为防止纳米流体过热，每隔40min停止超声3min，振荡时长为3h得到氮化铝纳米相变流体。
100.实施例5
101.本发明提供一种纳米颗粒相变流体的制备方法，包括以下步骤：
102.1、制备相变乳液
103.(1)将1kg月桂酸加入35kg正构烷烃混合相变材料(c
28h58
占比50％，c
26h54
占比30％，c
24h50
占比20％，)中并加热至65℃搅拌均匀形成透明液体，得到均匀分散相体系a；
104.(2)将1.35kg失水山梨醇单油酸酯(span80)、3.45kg聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯(tween20)、1.2kg月桂酸加50kg水和10kg乙醇的混合液中，加热至65℃搅拌均匀中形成透明液体，得到连续相体系b；
105.(3)将连续相加热至相同温度，将分散相体系a混合液缓慢加入连续相体系b中，加入的同时持续搅拌(转速1000rpm)，形成预制乳状液，导入高速均质乳化机，转速为22000rpm，加热温度控制在65℃之内，均质乳化时间为10min，产物为不透明乳白色的相变微乳液，其中相变材料重量比为35％，粒径为0.3μm的相变微乳液；
106.2、制备纳米相变流体
107.将0.5kg的阿拉伯胶缓慢添加到装有99.2kg相变流体的磁力搅拌釜中，磁力搅拌10min(转速1000rpm)搅拌均匀；将0.3kg的纳米氮化铝(10nm)粒分3次缓慢添加到磁力搅拌釜(转速1000rpm)并搅拌均匀；再在频率为20khz条件下进行超声振动，为防止纳米流体过热，每隔40min停止超声3min，振荡时长为3h得到氮化铝纳米相变流体。
108.实施例6
109.本发明提供一种纳米颗粒相变流体的制备方法，包括以下步骤：
110.1、制备相变乳液
111.(1)将4.5kg硬脂酸加入40kg正构烷烃混合相变材料(c
28h56
占比20％，c
26h54
占比20％，c
24h50
占比20％，c
27h56
占比20％，c
25h52
占比20％)中并加热至72℃搅拌均匀形成透明
液体，得到均匀分散相体系a；
112.(2)将0.44kg失水山梨醇单油酸酯(span80)、4.36kg聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯(tween20)、1.2kg硬脂酸加41kg水和7.5kg二甲基亚砜的混合液中，加热至72℃搅拌均匀中形成透明液体，得到连续相体系b；
113.(3)将连续相加热至相同温度，将分散相体系a混合液缓慢加入连续相体系b中，加入的同时持续搅拌(转速1000rpm)，形成预制乳状液，导入高速均质乳化机，转速为24000rpm，加热温度控制在72℃之内，均质乳化时间为10min，产物为不透明乳白色的相变微乳液，其中相变材料重量比为40％，粒径为0.6μm的相变微乳液；
114.2、制备纳米相变流体
115.将0.2kg的阿拉伯胶缓慢添加到装有99.3kg相变流体的磁力搅拌釜中，磁力搅拌10min(转速1000rpm)搅拌均匀；将0.5kg的纳米氮化铝(20nm)粒分4次缓慢添加到磁力搅拌釜(转速1000rpm)并搅拌均匀；再在频率为20khz条件下进行超声振动，为防止纳米流体过热，每隔40min停止超声3min，振荡时长为3h得到氮化铝纳米相变流体。
116.实施例7
117.本发明提供一种纳米颗粒相变流体的制备方法，包括以下步骤：
118.1、制备相变乳液
119.(1)将2kg硬脂酸加入30kg正构烷烃相变材料混合材料(c
28h58
占比70％，c
25h52
占比30％)中并加热至70℃搅拌均匀形成透明液体，得到均匀分散相体系a；
120.(2)将3.0kg失水山梨醇单油酸酯(span80)、3.40kg失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚(tween80)、1.6kg正丁醇加40kg水和10kg丙二醇的混合液中，加热至70℃搅拌均匀中形成透明液体，得到连续相体系b；
121.(3)将连续相加热至相同温度，将分散相体系a混合液缓慢加入连续相体系b中，加入的同时持续搅拌(转速1000rpm)，形成预制乳状液，导入高速均质乳化机，转速为25000rpm，加热温度控制在70℃之内，均质乳化时间为10min，产物为不透明乳白色的相变微乳液，其中相变材料重量比为30％，粒径为0.2μm的相变微乳液；
122.2、制备纳米相变流体
123.将0.40kg的阿拉伯胶缓慢添加到装有99.5kg相变流体的磁力搅拌釜中，磁力搅拌10min(转速1000rpm)搅拌均匀；将0.10kg的纳米氮化硼(5nm)粒分3次缓慢添加到磁力搅拌釜(转速1000rpm)并搅拌均匀；再在频率为25khz条件下进行超声振动，为防止纳米流体过热，每隔40min停止超声3min，振荡时长为3h得到氮化硼纳米相变流体。
124.实施例8
125.本发明提供一种纳米颗粒相变流体的制备方法，包括以下步骤：
126.1、制备相变乳液
127.(1)将8kg棕榈酸加入35kg正构烷烃c
23h48
相变材料中并加热至60℃搅拌均匀形成透明液体，得到均匀分散相体系a；
128.(2)将2.02kg丙二醇脂肪酸酯(pm-50)、5.18kg聚氧乙烯油醇醚(oe-20)、1.8kg辛酸加40kg水和8kg丙二醇的混合液中，加热至60℃搅拌均匀中形成透明液体，得到连续相体系b；
129.(3)将连续相加热至相同温度，将分散相体系a混合液缓慢加入连续相体系b中，加
入的同时持续搅拌(转速1000rpm)，形成预制乳状液，导入高速均质乳化机，转速为20000rpm，加热温度控制在60℃之内，均质乳化时间为10分钟。产物为不透明乳白色的相变微乳液，其中相变材料重量比为35％，粒径为0.5μm的相变微乳液；
130.2、制备纳米相变流体
131.将0.2kg的阿拉伯胶缓慢添加到装有99.5kg相变流体的磁力搅拌釜中，磁力搅拌10min(转速1000rpm)搅拌均匀；将0.3kg的纳米氮化硼(10nm)粒分3次缓慢添加到磁力搅拌釜(转速1000rpm)并搅拌均匀；再在频率为25khz条件下进行超声振动，为防止纳米流体过热，每隔40min停止超声3min，振荡时长为3h得到氮化硼纳米相变流体。
132.实施例9
133.本发明提供一种纳米颗粒相变流体的制备方法，包括以下步骤：
134.1、制备相变乳液
135.(1)将1.5kg硬脂酸加入40kg正构烷烃混合相变材料(c
26h54
占比20％，c
24h50
占比20％，c
27h56
占比20％，c
25h52
占比20％，c
23h48
占比20％)中并加热至62℃搅拌均匀形成透明液体，得到均匀分散相体系a；
136.(2)将0.51kg失水山梨醇单油酸酯(span80)、5.09kg聚氧乙烯失水山梨醇单棕榈酸酯(tween40)、1.4kg正丁醇加40kg水和11.5kg乙醇的混合液中，加热至62℃搅拌均匀中形成透明液体，得到连续相体系b；
137.(3)将连续相加热至相同温度，将分散相体系a混合液缓慢加入连续相体系b中，加入的同时持续搅拌(转速1000rpm)，形成预制乳状液，导入高速均质乳化机，转速为23000rpm，加热温度控制在62℃之内，均质乳化时间为10min，产物为不透明乳白色的相变微乳液，其中相变材料重量比为40％，粒径为0.6μm的相变微乳液；
138.2、制备纳米相变流体
139.将0.1kg的瓜尔胶缓慢添加到装有99.4kg相变流体的磁力搅拌釜中，磁力搅拌10min(转速1000rpm)搅拌均匀；将0.5kg的纳米氮化硼(20nm)粒分3次缓慢添加到磁力搅拌釜(转速1000rpm)并搅拌均匀；再在频率为20khz条件下进行超声振动，为防止纳米流体过热，每隔40min停止超声3min，振荡时长为3h得到氮化硼纳米相变流体。
140.其中，上述所有实施例纳米相变流体进行相关性能检测，结果如下表1-8和图1-8：
141.表1.纳米相变流体相变温度和相变潜热
[0142][0143]
由表1相关数据可知，纳米金属化合物种类对纳米复合正构烷烃相变蓄热材料相变温度和相变潜热的影响是非常显著的，不同种类的纳米金属化合物具有不同的晶体结
构、晶格常数、晶粒大小和表面能等特性，这些特性会影响纳米复合正构烷烃相变蓄热材料的相变温度和相变潜热，如添加纳米aln粉可以显著提高正构烷烃的相变温度和相变潜热，这是因为纳米aln粉具有较高的表面能和较小的晶粒大小，可以提高正构烷烃的晶化度和结晶速率，从而提高相变温度和相变潜热；另外，添加纳米sic和bn等纳米金属化合物也可以改善正构烷烃的相变性能，这是因为这些纳米金属化合物具有较高的表面能和较小的晶粒大小，可以提高正构烷烃的晶化度和结晶速率，从而提高相变温度和相变潜热。
[0144]
总之，纳米金属化合物种类对纳米复合正构烷烃相变蓄热材料相变温度和相变潜热的影响是非常显著的，可以通过选择合适的纳米金属化合物来改善正构烷烃的相变性能。
[0145]
同时根据表格数据可知，纳米金属化合物的粒径对其相变温度和相变潜热有着重要的影响。首先，纳米金属化合物的粒径越小，其表面积相对于体积的比例就越大，因此其表面能也就越高，这会导致纳米金属化合物的相变温度降低，因为相变需要克服表面能的影响，同时，纳米金属化合物的粒径越小，其晶格缺陷和界面缺陷也就越多，这些缺陷会影响其相变潜热。
[0146]
其次，纳米金属化合物的粒径对其晶体结构也有影响，当纳米金属化合物的粒径小于其晶体的一定尺寸时，其晶体结构会发生变化，从而影响其相变温度和相变潜热，例如纳米aln的相变温度和相变潜热随着粒径的减小而增加，这是因为纳米aln的晶体结构发生了变化。
[0147]
最后，纳米金属化合物的粒径还会影响其热传导性能。纳米金属化合物的热传导性能比普通材料要好，因为其小尺寸可以增加热传导路径的数量。这会影响其相变过程的速度和热量的传递，从而影响其相变温度和相变潜热。
[0148]
表2.纳米相变流体导热性能及导热系数(对比纯相变流体)提高值
[0149][0150]
注：水的导热系数按0.59w/m.k，导热系数按0.21w/m.k
[0151]
根据表2数据可以看出，纳米金属化合物的添加可以显著提高正构烷烃相变蓄热材料的导热性能和导热系数，这是因为纳米金属化合物具有较高的热导率和热容量，可以增加材料的热传导能力和热储存能力。
[0152]
具体来说，纳米金属化合物的添加可以增加正构烷烃相变蓄热材料的热传导路径，提高热传导速率。此外，纳米金属化合物还可以增加材料的热容量，提高热储存能力。这些因素共同作用，使得正构烷烃相变蓄热材料的导热性能和导热系数得到了显著提高。需
要注意的是，纳米金属化合物的添加量应该适当，过多的添加会导致材料的热传导路径过长，反而会降低导热性能和导热系数。因此，在实际应用中需要进行合理的添加量控制。
[0153]
表3.不同纳米颗粒含量的纳米相变流体的相变时间
[0154][0155]
根据表3数据可以看出，纳米化合物可以通过改变正构烷烃相变流体的物理和化学性质来影响相变时间，不同含量的纳米化合物对相变时间的影响会有所不同。随着纳米化合物的添加量的增加，相变时间会逐渐减小，这是因为纳米化合物的添加可以促进相变过程中的核化和生长过程，从而加速相变的进行。此外，纳米化合物的添加还可以提高相变流体的热传导性能和热容量，从而进一步加快相变的进行。
[0156]
然而，当纳米化合物的添加量过高时，相变时间可能会出现反弹现象，即相变时间反而会增加，这是因为过高的纳米化合物添加量会导致相变流体的粘度增加，从而阻碍相变的进行。因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择适当的纳米化合物添加量，以达到最佳的相变效果；
[0157]
纳米化合物的添加量和粒径对相变时间的影响是复杂的，因为它们涉及到多种因素，如纳米化合物的表面积、分散性、与正构烷烃的相互作用等，一般来说，添加量越多，相变时间越短，因为纳米化合物可以作为晶核促进相变的发生。但是，当添加量过高时，纳米化合物可能会聚集形成团簇，导致相变时间变长。此外，不同粒径的纳米化合物对相变时间的影响也不同。较小的纳米化合物粒径可以提供更多的晶核，从而促进相变的发生，而较大的纳米化合物粒径则可能会阻碍相变的发生。因此，本发明通过进行实验研究来确定不同粒径纳米化合物的最佳添加量，获得了最短的相变时间。
[0158]
表4.相变乳液及纳米相变流体的稳定性结果
[0159]
[0160][0161]
hlb(亲水-亲油平衡值)是一种用于描述表面活性剂亲水性和亲油性平衡的指标。在纳米相变正构烷烃乳液中，hlb值的选择对于乳化稳定性和相变温度等性能具有关键作用。根据表4相关数据可知，首先，hlb值的选择影响乳化稳定性，在纳米相变正构烷烃乳液中，表面活性剂的选择和配比会影响乳化稳定性，hlb值在10-14之间的表面活性剂适合用于纳米相变正构烷烃乳液的制备。当hlb值较低时，表面活性剂更倾向于与正构烷烃分子相互作用，从而导致乳化不稳定；当hlb值较高时，表面活性剂更倾向于与水分子相互作用，也会导致乳化不稳定。因此，选择适当的hlb值可以提高纳米相变正构烷烃乳液的乳化稳定性。
[0162]
其次，hlb值的选择还影响相变温度。纳米相变正构烷烃乳液中的正构烷烃分子在一定温度下会发生相变，从而释放出储存的热能，hlb值的选择会影响相变温度，一般来说，hlb值越高，相变温度越低。因此，选择适当的hlb值可以控制纳米相变正构烷烃乳液的相变
温度，从而满足不同应用场景的需求。
[0163]
综上所述，hlb在纳米相变正构烷烃乳液中具有关键作用，可以影响乳化稳定性和相变温度等性能。因此，在制备纳米相变正构烷烃乳液时，需要选择适当的hlb值，以实现所需的性能。
[0164]
表5.相变乳液及纳米相变流体的粘度
[0165][0166]
hlb值是表征表面活性剂亲水性和疏水性的指标，对于纳米化合物复合正构烷烃相变流体的稳定性具有重要影响，hlb值越高的表面活性剂具有更强的亲水性，能够更好地分散在水相中，而hlb值越低的表面活性剂则具有更强的疏水性，更容易分散在油相中。因此，在纳米化合物复合正构烷烃相变流体中，选择适当的hlb值的表面活性剂可以实现纳米化合物的均匀分散，并且能够稳定相变流体的性质。
[0167]
具体来说，当hlb值较低的表面活性剂被添加到相变流体中时，它们会更容易与正构烷烃相互作用，从而导致相变流体的稳定性降低。相反，当hlb值较高的表面活性剂被添加到相变流体中时，它们会更容易与水相互作用，从而促进纳米化合物的分散，提高相变流体的稳定性。
[0168]
因此，在选择表面活性剂时，需要考虑纳米化合物的亲水性和疏水性，以及相变流体的稳定性要求，从而选择适当的hlb值的表面活性剂，以实现纳米化合物复合正构烷烃相变流体的稳定性。
[0169]
同时，由上表数据可知，hlb值对不同粒径的纳米化合物复合正构烷烃相变流体稳定性的影响与粒径有关，随着粒径的减小，纳米化合物的表面积增加，表面活性剂的作用也会增强，对于较大的纳米化合物，hlb值的增加会导致表面活性剂分子在纳米化合物表面的吸附增加，从而增强了纳米化合物与正构烷烃的相容性，提高了相变流体的稳定性；对于较小的纳米化合物，hlb值的增加会导致表面活性剂分子在纳米化合物表面的吸附增加，但由于纳米化合物表面积较小，表面活性剂的作用有限，因此hlb值对相变流体稳定性的影响较
小。
[0170]
因此，hlb值对纳米化合物复合正构烷烃相变流体稳定性的影响与纳米化合物的粒径有关。
[0171]
表6.纳米sic(5nm)纳米相变流体的循环次数对纳米相变流体相变温度和相变潜热的影响
[0172][0173]
纳米化合物复合正构烷烃相变流体是一种具有优异性能的相变流体，其相变温度和相变潜热是其重要的性能指标，循环次数是影响纳米相变流体性能的重要因素之一。
[0174]
首先，循环次数对纳米相变流体相变温度的影响，由上表数据可知，纳米相变流体的相变温度会随着循环次数的增加而发生变化，随着循环次数的增加，纳米相变流体中的纳米化合物会逐渐聚集，导致相变温度升高。因此，循环次数越多，纳米相变流体的相变温度就越高。
[0175]
其次，循环次数对纳米相变流体相变潜热的影响，由上表数据可知，纳米相变流体的相变潜热会随着循环次数的增加而发生变化，随着循环次数的增加，纳米相变流体中的纳米化合物会逐渐聚集，导致相变潜热降低。因此，循环次数越多，纳米相变流体的相变潜热就越低。
[0176]
因此，循环次数会影响相变流体的稳定性和热传递效率，循环次数越多，相变流体的稳定性可能会降低，导致相变温度和相变潜热的变化；同时，循环次数也会影响相变流体的热传递效率，从而影响相变温度和相变潜热。
[0177]
纳米sic的添加会影响相变流体的物理性质，如密度、粘度、热导率等。这些物理性质的变化可能会影响相变温度和相变潜热。
[0178]
最后，纳米相变流体的制备方法和条件也会对相变温度和相变潜热产生影响。不同的制备方法和条件可能会导致不同的纳米相变流体结构和性质，从而影响相变温度和相变潜热。
[0179]
表7.纳米aln(5nm)纳米相变流体循环次数对纳米相变流体相变温度和相变潜热的影响
[0180][0181]
由上表数据可知，纳米aln复合相变流体的循环次数对其相变温度和相变潜热有一定的影响，随着循环次数的增加，纳米相变流体的相变温度和相变潜热会逐渐降低。这是因为在循环过程中，纳米aln复合相变流体中的纳米颗粒会逐渐聚集在一起，形成较大的团
簇，从而导致相变温度和相变潜热的降低。此外，循环过程中也会导致纳米相变流体中的杂质和气泡的积累，进一步影响其相变性能。
[0182]
表8. 0.1％纳米bn(5nm)纳米相变流体的循环次数对相变流体相变温度和相变潜热的影响
[0183][0184]
由上表数据可知，随着循环次数的增加，纳米相变流体的相变温度和相变潜热可能会发生变化。这是因为在循环过程中，纳米bn复合物可能会发生聚集或分散，从而影响相变温度和相变潜热。此外，循环过程中可能会发生物质的损耗或变化，也会对相变温度和相变潜热产生影响。
[0185]
其中，图1为实施例1-3不同质量分数的碳化硅相变流体的熔化和疑固dsc曲线图，由图可知，在纳米碳化硅相变流体的熔化dsc曲线中，当温度升高时，曲线会出现一个峰值，这表示样品正在熔化，在熔化过程中，样品吸收热量，因此峰值表示样品吸收的热量最大值，随着温度的继续升高，峰值会逐渐消失，表示样品已经完全熔化；在纳米碳化硅相变流体的凝固dsc曲线中，当温度降低时，曲线会出现一个峰值，这表示样品正在凝固，在凝固过程中，样品释放热量，因此峰值表示样品释放的热量最大值，随着温度的继续降低，峰值会逐渐消失，表示样品已经完全凝固；
[0186]
纳米碳化硅复合正构烷烃相变流体的熔化和凝固dsc曲线的特点主要包括以下几个方面：
[0187]
1.熔化峰和凝固峰的温度：纳米碳化硅复合正构烷烃相变流体的熔化峰和凝固峰的温度通常比纯正构烷烃的相应温度高，这是因为纳米碳化硅的加入增加了相变流体的分子间作用力，导致熔化和凝固温度的升高。
[0188]
2.熔化峰和凝固峰的峰值：纳米碳化硅复合正构烷烃相变流体的熔化峰和凝固峰的峰值通常比纯正构烷烃的相应峰值高，这是因为纳米碳化硅的加入增加了相变流体的热容量，导致熔化和凝固峰值的升高。
[0189]
3.熔化峰和凝固峰的宽度：纳米碳化硅复合正构烷烃相变流体的熔化峰和凝固峰的宽度通常比纯正构烷烃的相应宽度窄，这是因为纳米碳化硅的加入增加了相变流体的分子间作用力，导致熔化和凝固过程的速度加快。
[0190]
4.熔化和凝固的热效应：纳米碳化硅复合正构烷烃相变流体的熔化和凝固过程的热效应通常比纯正构烷烃的相应热效应大，这是因为纳米碳化硅的加入增加了相变流体的热容量，导致熔化和凝固过程的热效应增大。
[0191]
由图1可知，随着纳米碳化硅添加量的增加，复合正构烷烃相变流体的熔化峰温度和熔化峰热值均呈现出先升高后降低的趋势，当纳米碳化硅添加量为0.1％时，熔化峰温度和熔化峰热值达到最大值，随着纳米碳化硅添加量的继续增加，熔化峰温度和熔化峰热值逐渐降低。这是因为适量的纳米碳化硅可以增加复合相变流体的热稳定性和热传导性能，
从而提高熔化峰温度和熔化峰热值，但当纳米碳化硅添加量过多时，会导致纳米碳化硅颗粒之间的聚集，影响相变流体的流动性和热传导性能，从而降低熔化峰温度和熔化峰热值。
[0192]
在凝固过程中，随着纳米碳化硅添加量的增加，复合相变流体的凝固峰温度和凝固峰热值均呈现出先降低后升高的趋势，当纳米碳化硅添加量为0.1％时，凝固峰温度和凝固峰热值达到最小值，随着纳米碳化硅添加量的继续增加，凝固峰温度和凝固峰热值逐渐升高。这是因为适量的纳米碳化硅可以增加复合相变流体的热传导性能，从而加快凝固速度和提高凝固峰温度和凝固峰热值。但当纳米碳化硅添加量过多时，会导致纳米碳化硅颗粒之间的聚集，影响相变流体的流动性和热传导性能，从而降低凝固峰温度和凝固峰热值。
[0193]
图2为实施例4-6不同质量分数的氮化铝相变流体的熔化和疑固dsc曲线图，图3为实施例7-9不同质量分数的氮化硼相变流体的熔化和疑固dsc曲线图，由图可知相关变化曲线与图1相同。
[0194]
图4为实施例1-3不同质量分数的碳化硅相变流体的导热系数曲线图，图5为实施例4-6不同质量分数的氮化铝相变流体的导热系数曲线图，图6为实施例7-9不同质量分数的氮化硼相变流体的导热系数曲线图，由图可知，随着纳米化合物含量的增加，相变潜热逐渐减少，这是因为纳米碳化硅不是相变材料，纳米化合物粒子的增加会减少正构烷烃的含量，因此相变潜热值有所下降；此外，当正构烷烃和纳米化合物粒子复合后，在纳米化合物粒子的周围有一部分正构烷烃包裹着在表面，在该膜层内两者的分子排列均发生了相应的变化，其表面自由能状态也因之改变，因表面自由能在体系能量中占的比重很大，从而影响了体系的热性质，在一定程度上降低了相变潜热，例如根据整个方案优选0.1％纳米碳化硅含量，导热系数为0.823w/m.k；随着体积分数的继续增加，导热系数不再增大反而降低，纳米碳化硅含量大于0.5％(导热系数0.783w/m.k)，这是由于过高的纳米粒子抑制了粒子在正构烷烃中的运动，容易形成团聚和沉降现象，从而在一定程度上降低了复合材料的导热系数。
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图7为不同质量分数的碳化硅相变流体的吸热熔化过程的dsc曲线图，图8为不同质量分数的碳化硼相变流体的吸热熔化过程的dsc曲线图，图中，纵坐标为热流(热通量)单位w/m2，横坐标为时间s，黑色曲线表示的是纯正构烷烃吸热熔化过程的dsc曲线，而其他三条曲线分别表示的是纳米粒子含量为0.1％、0.3％、0.5％的复合材料的dsc曲线，通过曲线可以看出添加纳米粒子可以使正构烷烃的相变点提前，相变时间缩短，具体的相变起始时同如表3所示，随着添加纳米粒子含量的增加，所需的相变时问是先减小后增大，在体积分数为0.1-0.5％时，所需的时问最短，这是由于在混合物中，热传递有两种方式，一种是热传导，一种是对流换热，当纳米粒子含量低0.1％时，由于纳米粒子的高导热特性使得混合物中的热传导增加，故整个混合物表现出较高的导热性能，所需的相变时间也逐渐减少，但是随着纳米粒子的继续增加，即含量高于0.1％时，此时添加过量的纳米粒子将会发生部分团聚沉降等现象。从而在一定程度上抑制了与基体间的对流，复合材料的导热性能有所下降，所需的相变时间也有所增加。
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对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种高稳定性潜热输送相变乳液，其特征在于，包括以下质量百分比原材料：相变蓄热材料30-45％、表面活性剂5-10％、晶核剂1-8％、防冻剂5-12％和水40-50％；其中，所述表面活性剂的hlb值为10-14。2.根据权利要求1所述的一种高稳定性潜热输送相变乳液，其特征在于，所述表面活性剂包括乳化表面活性剂和助表面活性剂，二者质量比为4:1；其中，所述乳化表面活性剂为非离子型表面活性剂。3.根据权利要求2所述的一种高稳定性潜热输送相变乳液，其特征在于，所述非离子型表面活性剂为丙二醇脂肪酸酯、聚氧乙烯油醇醚、失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚、失水山梨醇单油酸酯、失水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单棕榈酸酯和聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯中的至少两种；所述助表面活性剂为正丁醇、正戊醇、硬脂酸、月桂酸和辛酸中的任意一种。4.根据权利要求1所述的一种高稳定性潜热输送相变乳液，其特征在于，所述相变蓄热材料为正构烷烃中的至少一种，所述正构烷烃分子式为c
n
h
2n+2
，n为23-30的整数；所述晶核剂为硬脂酸、石蜡、月桂酸和棕榈酸中的任意一种；所述防冻剂为乙二醇、丙二醇、乙醇、三乙醇胺和二甲基亚砜中的任意一种。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种高稳定性潜热输送相变乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按质量百分比称取原材料：相变蓄热材料30-45％、表面活性剂5-10％、晶核剂1-8％、防冻剂5-12％和水40-50％；(2)将所述晶核剂和所述相变蓄热材料混合后加热搅拌成均匀分散相a；(3)将所述表面活性剂、所述水和所述防冻剂混合后加热搅拌得到连续相b；(4)将所述分散相a加入所述连续相b中，经过高速均质即得一种高稳定性潜热输送相变乳液。6.根据权利要求5所述的一种高稳定性潜热输送相变乳液的制备方法，其特征在于，步骤(2)和(3)中所述加热的温度均为60-80℃；步骤(4)中所述高速均质的条件为：转速为15000-25000rpm，加热温度为60-80℃，均质时间为5-10min。7.一种纳米颗粒相变流体，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述相变乳液或者权利要求5-6任一项所述制备方法得到的相变乳液，所述纳米颗粒相变流体包括以下质量百分比原材料：相变乳液99.0-99.8％，纳米材料0.1-0.5％和分散剂0.1-0.5％。8.根据权利要求7所述的一种纳米颗粒相变流体，其特征在于，所述纳米材料为纳米氮化铝、纳米氮化硼和纳米碳化硅中的任意一种；所述纳米材料的粒径为5-20nm；所述分散剂为聚乙烯醇、黄原胶、瓜尔胶、阿拉伯胶和聚乙二醇中的任意一种。9.根据权利要求7-8任一项所述的一种纳米颗粒相变流体的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)按质量百分比称取原材料：相变乳液100％，纳米材料0.1-0.5％和分散剂0.1-0.5％，备用；(2)将所述分散剂和所述纳米材料依次加入所述相变乳液中搅拌均匀得到混合液备用；
(3)将所述混合液超声处理后即得一种纳米颗粒相变流体。10.如权利要求1-4任一项所述相变乳液、权利要求5-6任一项所述制备方法得到的相变乳液、权利7-8任一项所述的纳米颗粒相变流体或者权利要求9所述制备方法得到的纳米颗粒相变流体在制备换热工质中的应用。

技术总结
本发明公开了一种高稳定性潜热输送相变乳液，属于相变材料技术领域，包括以下质量百分比原材料：相变蓄热材料30-45％、表面活性剂5-10％、晶核剂1-8％、防冻剂5-12％和水40-50％；其中，所述表面活性剂的HLB值为10-14；同时提出了一种纳米颗粒相变流体，包括以下质量百分比原材料：相变乳液100％，纳米材料0.1-0.5％和分散剂0.1-0.5％。通过本发明配方制备的相变乳液，具有高稳定性，同时将纳米颗粒添加到相变乳液中，搅拌均匀后，再添加分散剂，可以得到高稳定性、高导热系数、低成核过冷度、储能密度高、粘度相对更低，具有减阻特点，不易堵塞管道，泵耗降低的纳米相变流体。泵耗降低的纳米相变流体。泵耗降低的纳米相变流体。


技术研发人员：苏斌
受保护的技术使用者：北京锦绣新技术发展有限公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/10/8