用于納米流體定向凝固的實(shí)驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置，具體為一種用于納米流體定向凝固的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)及現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，用電結(jié)構(gòu)快速變化，電力需求的區(qū)域性、季節(jié)性、時(shí)段性和突發(fā)性造成的電力負(fù)荷和峰谷差逐漸增大，電力供需矛盾日益突出。蓄冰是解決用戶(hù)側(cè)電力需求與電力供應(yīng)矛盾的有效方法之一。傳統(tǒng)的蓄冰面臨著冰導(dǎo)熱能力小，蓄冰過(guò)程熱阻大，蓄能效率低的技術(shù)瓶頸。
[0003]如今，水基納米流體因其具有比水更高的導(dǎo)熱系數(shù)，更小的過(guò)冷度，有望成為優(yōu)良的蓄冷介質(zhì)，但納米流體用作儲(chǔ)能材料必須經(jīng)得起循環(huán)加熱和冷卻，即經(jīng)過(guò)反復(fù)多次凝固和溶解循環(huán)過(guò)程后，納米懸浮液的熱物性能保持穩(wěn)定，不會(huì)退化失效。目前，納米流體在固液相變過(guò)程中的穩(wěn)定性研宄尚未展開(kāi)，納米流體凝固結(jié)晶完成后的均勻分布還鮮受關(guān)注。因此有必要著手研宄納米流體凝固結(jié)晶生長(zhǎng)的控制，使納米顆粒在固相納米懸浮液中保持分散，從而延長(zhǎng)其使用壽命。因此需要對(duì)納米流體的凝固過(guò)程進(jìn)行深入研宄。采用定向凝固技術(shù)可以對(duì)納米流體凝固的過(guò)程機(jī)理進(jìn)行研宄。溫度梯度對(duì)納米流體凝固后的分散穩(wěn)定性有著很重要的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于納米流體定向凝固的實(shí)驗(yàn)裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，制冷效果好，溫控精度高，能為納米流體定向凝固的研宄提供高效快速的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0005]本發(fā)明還提供一種用于納米流體定向凝固的實(shí)驗(yàn)方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:用于納米流體定向凝固的實(shí)驗(yàn)裝置，包括恒溫保溫罩，所述恒溫保溫罩內(nèi)部從上至下依次安裝有上冷臺(tái)、上導(dǎo)冷體、下導(dǎo)冷體和下冷臺(tái)，所述上導(dǎo)冷體固定安裝于所述上冷臺(tái)下部，所述下導(dǎo)冷體固定安裝于所述下冷臺(tái)上部，所述上導(dǎo)冷體和所述下導(dǎo)冷體之間存在放置待測(cè)納米流體樣品的間隙，所述上冷臺(tái)頂端安裝有制冷片，所述恒溫保溫罩頂端開(kāi)設(shè)有進(jìn)風(fēng)口，所述進(jìn)風(fēng)口出安裝有風(fēng)扇，所述恒溫保溫罩底端開(kāi)設(shè)有出風(fēng)口，所述進(jìn)風(fēng)口將安裝在上冷臺(tái)頂端的所述制冷片產(chǎn)生的低溫空氣吹入恒溫保溫罩內(nèi)，在罩內(nèi)經(jīng)過(guò)換熱后再?gòu)乃龀鲲L(fēng)口排出；所述恒溫保溫罩內(nèi)還安裝有測(cè)量所述恒溫保溫罩內(nèi)溫度的溫度傳感器，測(cè)量溫度結(jié)果通過(guò)反饋給罩體的溫控系統(tǒng)或?qū)嶒?yàn)人員，以便隨時(shí)對(duì)罩體內(nèi)的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制；所述恒溫保溫罩前端還開(kāi)設(shè)有取放待測(cè)納米流體樣品的窗口。
[0007]所述恒溫保溫罩內(nèi)部還安裝有垂直設(shè)置的鋼軌，所述上冷臺(tái)和所述下冷臺(tái)通過(guò)連接滑塊滑動(dòng)安裝于所述鋼軌上，通過(guò)上冷臺(tái)和下冷臺(tái)的上下滑動(dòng)可實(shí)現(xiàn)上、下冷臺(tái)之間距離的變化，滿(mǎn)足不同高度尺寸的待測(cè)納米流體樣品。
[0008]所述恒溫保溫罩上設(shè)有水冷入口和水冷出口，所述上冷臺(tái)和所述下冷臺(tái)開(kāi)設(shè)有水槽，所述水冷入口和水冷出口通過(guò)管道連通所述上冷臺(tái)和所述下冷臺(tái)的水槽，所述水冷入口和水冷出口外接水冷機(jī)，使所述上冷臺(tái)和所述下冷臺(tái)的水槽形成水冷循環(huán)。上、下冷臺(tái)采用水冷散熱，使冷臺(tái)在制冷過(guò)程中產(chǎn)生的熱量及時(shí)散發(fā)，保證冷臺(tái)長(zhǎng)時(shí)間工作的精度和穩(wěn)定，對(duì)冷臺(tái)起到保護(hù)作用；所述上冷臺(tái)和所述下冷臺(tái)上還安裝有溫度報(bào)警器，在故障或冷臺(tái)溫度異常時(shí)能提醒并報(bào)警。
[0009]所述進(jìn)風(fēng)口處安裝有風(fēng)扇。
[0010]所述恒溫保溫罩采用1mm保溫亞克力板拼裝而成。
[0011]所述制冷片采用一級(jí)半導(dǎo)體制冷片，其制冷最低溫度可達(dá)到_20°C，溫度控制精度可達(dá)0.1°C，可以實(shí)現(xiàn)不同的溫度梯度下的定向凝固。
[0012]所述上導(dǎo)冷體和所述下導(dǎo)冷體采用鋁制導(dǎo)冷體，其可以增強(qiáng)導(dǎo)冷效果，同時(shí)減少恒溫保溫罩內(nèi)的溫度波動(dòng)，改善恒溫罩內(nèi)部溫度分布的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使恒溫罩內(nèi)部溫度均勻恒定。
[0013]所述溫度傳感器安裝于所述恒溫保溫罩內(nèi)部中心位置，所述溫度傳感器為銅-康銅熱電偶。
[0014]本發(fā)明還提供一種研宄納米流體定向凝固的方法，該方法是基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
提供的用于納米流體定向凝固的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的，具體操作步驟為:
[0015]步驟一:將所述恒溫保溫罩啟動(dòng)，所述制冷片的溫度設(shè)定高于或者等于待測(cè)納米流體的液相線溫度，取定溫度梯度(此處溫度梯度可以作為研宄變量，跟步驟4中溫度梯度相同，具體數(shù)值可按研宄需要選取)，打開(kāi)所述風(fēng)扇的開(kāi)關(guān)，將所述溫度傳感器接入測(cè)試儀器，等待所述恒溫保溫罩內(nèi)的溫度降低到設(shè)定值并維持穩(wěn)定。
[0016]步驟二:將所述上冷臺(tái)和所述下冷臺(tái)啟動(dòng)所述下冷臺(tái)設(shè)定溫度為待測(cè)納米流體的相變溫度，所述上冷臺(tái)設(shè)定溫度為所述恒溫保溫罩內(nèi)的溫度值，啟動(dòng)水冷機(jī)，對(duì)上下冷臺(tái)進(jìn)行冷卻使其溫定(保持溫度)工作，通過(guò)傳感器測(cè)量導(dǎo)冷體表面溫度，等待上、下冷臺(tái)及導(dǎo)冷體的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值并維持恒定；其中，所述上冷臺(tái)和所述下冷臺(tái)采用半導(dǎo)體制冷，配合PID溫控技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確控制，控制精度達(dá)0.1°C。所述傳感器有兩個(gè)，分別位于所述上冷臺(tái)和所述下冷臺(tái)的內(nèi)部，是整個(gè)PID控制系統(tǒng)的反饋器。所述傳感器為溫度傳感器。
[0017]步驟三:通過(guò)所述窗口將待測(cè)納米流體樣品置于所述下導(dǎo)冷體上，固定后移動(dòng)所述上冷臺(tái)和所述下冷臺(tái)，使待測(cè)納米流體樣品的上端與所述上導(dǎo)冷體緊密接觸，鎖緊所述上冷臺(tái)和所述下冷臺(tái)的位置，等待待測(cè)納米流體樣品的溫度達(dá)到所述恒溫保溫罩內(nèi)的溫度并穩(wěn)定。
[0018]步驟四:選取上述溫度梯度，將所述下冷臺(tái)溫度設(shè)定為等于或者低于待測(cè)納米流體的液相線溫度，待所述下冷臺(tái)溫度降低到預(yù)設(shè)值，納米流體樣品即開(kāi)始由下至上進(jìn)行定向凝固，記錄所述預(yù)設(shè)值溫度及其納米流體樣品定向凝固；記錄數(shù)據(jù)為所述上冷臺(tái)和所述下冷臺(tái)溫度和恒溫罩內(nèi)環(huán)境溫度，用于研宄不同溫度梯度對(duì)納米流體凝固過(guò)程穩(wěn)定性的影響，可以用掃描電鏡表征穩(wěn)定性。
[0019]步驟五:對(duì)同一納米流體樣品多次依次重復(fù)上述步驟一至步驟四，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，分析納米流體凝固的過(guò)程機(jī)理、納米懸浮液的熱物性能的穩(wěn)定性和納米流體凝固后的分散穩(wěn)定性。需選取不同溫度梯度，用于研宄不同溫度梯度的影響，可以用掃描電鏡表征穩(wěn)定性。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供的用于納米流體定向凝固的實(shí)驗(yàn)裝置解決了現(xiàn)有定向凝固裝置無(wú)法對(duì)低溫相變材料進(jìn)行凝固的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了納米流體在低溫度梯度下的定向凝固；該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，制冷效果好，溫控精度高，溫度梯度可調(diào)，可用于研宄不同溫度梯度對(duì)納米流體凝固過(guò)程的影響。本發(fā)明還提供了一種研宄納米流體定向凝固的方法，該方法是基于本發(fā)明提供的用于納米流體定向凝固的實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)的，該方法為納米流體的凝固過(guò)程及其穩(wěn)定性研宄提供了有力的研宄數(shù)據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明一種用于納米流體定向凝固的實(shí)驗(yàn)裝置的平面剖切結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明一種用于納米流體定向凝固的實(shí)驗(yàn)裝置作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0023]一種用于納米流體定向凝固的實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1所示，包括恒溫保溫罩1，恒溫保溫罩I內(nèi)部從上至下依次安裝有上冷臺(tái)2、上導(dǎo)冷體3、下導(dǎo)冷體4和下冷臺(tái)5，上導(dǎo)冷體3固定安裝(焊接)于上冷臺(tái)2下部，下導(dǎo)冷體4固定安裝(焊接)于下冷臺(tái)5上部，所述上導(dǎo)冷體3和下導(dǎo)冷體4之間存在放置待測(cè)納米流體樣品9的間隙，所述上冷臺(tái)2頂端安裝有制冷片21，恒溫保溫罩I頂端開(kāi)設(shè)有進(jìn)風(fēng)口 11，進(jìn)風(fēng)口 11處安裝有風(fēng)扇12，恒溫保溫罩I底端開(kāi)設(shè)有出風(fēng)口 13，進(jìn)風(fēng)口 12將安裝在上冷臺(tái)2頂端的制冷片21產(chǎn)生的低溫空氣吹入恒溫保溫罩I內(nèi)，在罩內(nèi)經(jīng)過(guò)換熱后再?gòu)某鲲L(fēng)口 13排出；恒溫保溫罩I內(nèi)還安裝有測(cè)量恒溫保溫罩I內(nèi)溫度的溫度傳感器6，測(cè)量溫度結(jié)果通過(guò)反饋給罩體的溫控系統(tǒng)或?qū)嶒?yàn)人員，以便隨時(shí)對(duì)罩體內(nèi)的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制；恒溫保溫罩I前端還開(kāi)設(shè)有取放待測(cè)納米流體樣品9的窗口 14，恒溫保溫罩I的電源控制線一端接于所述恒溫保溫罩I上的電控航插，另一端接220V工頻電源。
[0024]所述恒溫保溫罩I內(nèi)部還安裝有垂直設(shè)置的鋼軌15，鋼軌15由螺絲緊固在恒溫保溫罩I的頂端和底端之間，鋼軌15上滑動(dòng)安裝有四個(gè)滑