储能材料熔融碳酸盐热物性的分子动力学研究

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在太阳能的热利用中,储热工质越来越受到人们的重视。其中相变材料因其相变潜热高、价格便宜等优点被广泛应用于太阳能热发电系统,而熔融盐作为相变材料的一种,因其工作温度范围宽,蒸汽压低,传热性能优异等特性[1-4]而被广泛用作储热介质和传热流体。物质的宏观热物理性质是工程应用上最基本、最重要的特性之一,相变材料的物性参数会对系统的蓄热和放热率有很大的影响,为减少能量的存储和释放时间,提升能源的利用效率,有必要选择合适的方法对相变材料的热物理性质进行研究。本文结合理论和现有的实验分析,采用分子动力学模拟的方法在研究熔融碳酸盐热物性的基础上,从微观角度探讨了宏观性质的温度依赖性。此研究中,基于有效的势函数模型,结合库仑项的Born-Mayer型,分别以熔融的碱金属碳酸盐Na2CO3、K2CO3以及不同比例的Na2CO3/K2CO3二元混合盐为研究对象,构建了分子模型,然后使用分子动力学的方法,结合Materials studio、Packmol、Lammps等软件,在其辅助作用下研究1100-1500K的高温条件下碳酸熔盐的各种密度、热导率、粘度、扩散系数等热物理性质。根据计算结果,拟合了Na2CO3和K2CO3关于温度的表达式,并从微观角度探讨了宏观性质的温度依赖性,结果表明,随着温度的升高,摩尔体积增大,抗剪切变形和离子间振动传递的能力降低。又从微观角度分析了不同组分下的Na2CO3/K2CO3二元混合盐的宏观性质受组分影响的情况,所有模拟结果与现有实验数据吻合良好。
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