【摘 要】
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能源利用高效化是当前缓解能源供需矛盾、转换发展结构的良方,吸收式制冷技术因其可将低品位能源转化利用而受到广泛关注。传统吸收式制冷工质往往存在易结晶、易腐蚀等缺陷,是制约机组安全、增加生产成本的重要因素。离子液体具有优越的物性,可与多种制冷剂组合并有效克服上述问题,被视作理想的吸收剂替代品。近年来,对离子液体的探索及新型制冷工质对性能的考察已成为制冷领域的研究热点。本文采用实验测量及分子动力学模拟的
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能源利用高效化是当前缓解能源供需矛盾、转换发展结构的良方,吸收式制冷技术因其可将低品位能源转化利用而受到广泛关注。传统吸收式制冷工质往往存在易结晶、易腐蚀等缺陷,是制约机组安全、增加生产成本的重要因素。离子液体具有优越的物性,可与多种制冷剂组合并有效克服上述问题,被视作理想的吸收剂替代品。近年来,对离子液体的探索及新型制冷工质对性能的考察已成为制冷领域的研究热点。本文采用实验测量及分子动力学模拟的方法对两种离子液体制冷工质对的传热传质性能展开研究,一方面为工质对筛选提供新的物性数据,另一方面探究了分子动力学模拟预测工质对传热传质性能的可行性。具体工作如下:实验方面采用全息干涉法测量了[EMIM]BF4/CH3OH和[HMIM]Cl/CH3OH二元溶液在不同离子液体质量分数下的相互扩散系数,基于实验结果建立了相互扩散系数的预测数学模型,讨论并分析了两种工质对的相互扩散性能;采用3ω测量方法测量了[EMIM]BF4/CH3OH和[HMIM]Cl/CH3OH二元溶液在不同离子液体摩尔分数下的导热系数,基于实验结果关联了预测溶液导热系数的Random mixing模型,讨论并分析了两种工质对的导热性能。分子动力学模拟方面,采用全原子力场对[EMIM]BF4/CH3OH和[HMIM]Cl/CH3OH二元溶液进行模拟,通过密度计算验证力场的合理性,提出了一种预测二元体系相互扩散系数的新方法,计算了两种工质对的相互扩散系数并与结果进行对比;采用非平衡分子动力学模拟方法计算了两种工质对的导热系数,探究了温度对工质对导热系数的影响。研究表明:实验方面[EMIM]BF4/CH3OH和[HMIM]Cl/CH3OH二元溶液的相互扩散系数随离子液体质量分数的增大而减小,CH3OH的加入可以有效提升工质对的相互扩散性能,相同条件下相互扩散系数的大小关系为[EMIM]BF4/CH3OH＞[HMIM]Cl/CH3OH;[EMIM]BF4/CH3OH和[HMIM]Cl/CH3OH二元溶液的导热系数随离子液体摩尔分数的增大而减小,减小趋势先快后慢,相同条件下导热系数的大小关系为[EMIM]BF4/CH3OH＞[HMIM]Cl/CH3OH。分子动力学模拟方面,溶液密度的模拟结果与实验结果的最大相对偏差为5.7%,验证了力场的合理性;相互扩散系数的模拟结果与实验结果有相同的数量级和变化趋势,除ω=0.8时偏差较大,其余组分偏差均在20%左右,验证了此方法定性预测二元体系相互扩散系数的可行性;导热系数模拟结果与实验结果的变化趋势相同,最大相对偏差为24.9%,体系导热系数随温度的升高而减小。
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