[EMIM][DEP]-H2O及其為基液的納米流體傳遞性質(zhì)的研究.pdf

1、吸收式熱泵是一種可以利用工業(yè)廢熱驅(qū)動的節(jié)能設(shè)備，傳統(tǒng)的工質(zhì)對是“H2O-LiBr”和“NH3-H2O”。然而，“H2O-LiBr”易結(jié)晶且對鋼鐵設(shè)備有腐蝕性，“NH3-H2O”有一定的危險性和毒性。近年來，人們致力于開發(fā)新工質(zhì)來克服這些缺點。離子液體因其液程較寬、蒸汽壓低、揮發(fā)性小且對大多數(shù)有機或無機溶劑都有較好的溶解性而受到關(guān)注。研究結(jié)果顯示，1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯([EMIM][DEP])等離子液體有潛力成為新工質(zhì)。因此，

2、對這類新工質(zhì)傳遞性質(zhì)進行系統(tǒng)的實驗和分子動力學模擬的研究是非常必要的。
　　基于本課題組之前的研究，選擇[EMIM][DEP]作為主要研究對象。在實驗部分，首先合成[EMIM][DEP]，向其中添加納米銀、單壁碳納米管(SWCNT)得到納米流體INF體系，向[EMIM][DEP]水溶液中添加納米顆粒得到納米流體SNF體系。利用瞬態(tài)熱線法測量了303.15-353.15 K下添加不同質(zhì)量分數(shù)納米銀的INF及SNF的導熱系數(shù)。當納米銀

3、的質(zhì)量分數(shù)為8％時，導熱系數(shù)增強比只有1.03左右。另外，測量了303.15-353.15 K下添加不同質(zhì)量分數(shù)SWCNT的INF體系及313.15 K下不同組成的SNF體系的導熱系數(shù)。SWCNT體系導熱系數(shù)增強效果明顯，當添加2wt％的SWCNT時，INF和SNF導熱系數(shù)增強比達到1.30左右。
　　在模擬方面，利用分子動力學模擬方法研究了[EMIM][DEP]/H2O在不同溫度和組成下的密度，導熱系數(shù)和粘度等傳遞性質(zhì)。還探究了

4、添加SWCNT的INF和SNF體系相對基液的導熱系數(shù)增強效果。首先使用Gaussian09軟件采用密度泛函理論在B3LYP/6-311++G(d，p)基組水平上對[EMIM][DEP]的幾何構(gòu)型進行優(yōu)化，采用CHELPG方法擬合電荷。[EMIM]+力場參數(shù)基于AMBER力場，[DEP]-力場參數(shù)基于OPLS力場。結(jié)果顯示，密度的模擬值與實驗值的相對誤差在3％以內(nèi)。導熱系數(shù)和粘度的計算是基于平衡動力學Green-Kubo方法的，[EMIM

5、][DEP]導熱系數(shù)的模擬值與實驗值的平均相對誤差為13.48％，而在[EMIM][DEP]水溶液體系中二者的相對誤差在20％左右。INF和SNF的模擬結(jié)果顯示，加入SWCNT之后，導熱系數(shù)明顯增強。此外，還計算了構(gòu)成導熱系數(shù)的動能項，勢能項，維里項和偏焓項的能量貢獻，探究了SWCNT的添加對各項貢獻的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，維里項是該體系導熱系數(shù)的主要貢獻項。
　　本文采用的[EMIM][DEP]的MD模擬力場參數(shù)可以合理地計算和預(yù)測相