随着经济高速发展,传统化石能源消耗量与日俱增,而与之相伴的污染物排放问题也日益严重。太阳能以其储量巨大及环境友好的特点被认为是最有可能取代传统化石燃料的能源之一。太阳能光热发电技术是利用太阳能资源的重要技术手段,为其配备储热系统可以缓冲容量、平稳功率输出、提高利用效率。熔盐以其工作温度高、蒸汽压低、粘度适中、稳定性良好等优点被广泛用作光热发电系统中的传热、储热工质。传统熔盐材料具有较多优势,但仍存在导热系数低和比热容小等缺陷,通过向其中掺杂纳米颗粒可强化其导热性能和储热性能,然而其热物性提升机理仍未厘清,不利于对熔盐纳米流体材料遴选及制备的指导。鉴于此,本项研究采用实验研究和分子动力学模拟相结合的方法对熔盐纳米流体热物性及其强化机理进行了研究。此外,针对目前制约熔盐纳米流体发展与应用的重大瓶颈一分散稳定性问题进行了探索性的研究并提出稳定性的改善方法。本项研究选取最为常用的Solar Salt（太阳盐）和制备工艺较为成熟的SiO2纳米颗粒作为基盐和纳米添加物,采用两步法中的水溶法制备熔盐基纳米流体,开展导热特性及储热特性的实验研究,将纳米颗粒添加量、粒径及水溶法中盐溶液的浓度作为变量,探究其对热物性的影响。实验结果表明:SiO2纳米颗粒的添加确实可以显著提高熔盐基液的比热和热导率,且对其熔化温度、分解温度等关键热物性未造成影响。此外,SiO2纳米颗粒的最佳填充比例为1 wt.%,其对应的比热强化幅度和热导率强化幅度分别约为22%和6.0%,在超过其最佳填充比例后,导热性能及储热性能均出现下降的现象;在四种粒径的SiO2纳米颗粒中,30、50、80 nm尺寸的颗粒带来的热物性提升幅度相差不大,均优于粒径为15 nm的颗粒;盐溶液浓度是制备过程中最为重要的参数之一,研究结果表明,盐溶液浓度越大,所得样品的热物性强化效果越差;微观形貌观测的结果指出,纳米颗粒在基液中的分散性优劣直接影响其对热物性的提升性能,且其对储热性能和导热性能的影响是一致、协同的。随后,采用分子动力学模拟的方法对热物性提升机理进行研究。对于导热性能,从近年来被研究人员广泛接受、应用的推论入手,即颗粒布朗运动及微对流、界面效应以及团聚效应进行微观尺度的研究,逐一进行验证。模拟结果表明,对于熔盐纳米流体体系,颗粒的布朗运动并未带来额外的热量输运,此外,颗粒的布朗运动也与微对流没有关联性,其甚至会削弱基液粒子的扩散强度;纳米颗粒周围确实存在压缩层,但其厚度极小,且压缩层内的粒子排布无序程度较高,根据热导率的尺寸性效应及平均自由程理论,该压缩层的热导率较低,并不能为基液带来额外的导热性能提升,同时,颗粒与压缩层之间存在界面热阻,可能会进一步为导热性能带来负面影响;纳米颗粒的团聚对体系导热性能强化有积极作用,团聚体为热量传输构建了低热阻传输通道,提高了体系的宏观热导率。除上述推论验证外,从热载流子的角度提出热导率提升的机理,即纳米颗粒的添加增加了基液粒子碰撞的概率和频率,进而强化了熔盐基液的导热性能。与探究导热性能强化机理的路径相似,从熔盐纳米流体储热性能提升的机理推论入手,即纳米颗粒比热高于基材、界面热阻理论、压缩层理论,进行研究。模拟结果表明,纳米颗粒比热虽高于其基材比热,但仍低于基液比热,并不能为体系提供更多的热量储存;界面热阻和压缩层虽然存在,但其仅是纳米颗粒与基液粒子之间相互作用所产生的表象,并不能称为纳米颗粒提升基液储热性能的机理,进一步分析得到,引起体系比热提升的真正原因应为颗粒与基液之间的相互作用对基液粒子构成了约束,在温度升高时,需要更多的能量打破该约束作用,该过程与相变过程类似,故使得基液的储热性能得到提升。为贴近熔盐在光热电站系统中的实际运行工况,本项研究中设置高温保温工况和高低温循环工况对采用水溶法制备的熔盐纳米流体的稳定性进行研究。实验结果表明,经过100小时高温保温和100次高低温循环工况后,其热物性的提升幅度已出现明显衰减,体系中的纳米颗粒也出现了明显的减少;至500小时和500次高低温循环后,热物性的提升能力已基本丧失殆尽。对样品中的沉淀物进行进一步分析可知,高低温循环工况下样品的稳定性略优于高温保温工况,但均未能满足工业应用的要求。因此,需进行进一步的稳定性改善研究。本项研究从制备方法及材料遴选两个角度入手进行研究。采用高温熔融法制备样品并进行相应的热处理,测试结果表明相较于水溶法,高温熔融法所制备样品的热物性提升能力的衰减幅度有所减小,即稳定性得到一定改善。在采用高温熔融法制备样品的基础上,进一步改进选取TiO2、CuO、Al2O3与SiO2纳米颗粒形成混合纳米颗粒制备混合纳米流体。经过高温保温工况热处理后,三种样品的热物性提升能力均出现了衰减,但Al2O3-SiO2混合纳米流体的衰减幅度相较于SiO2单一纳米流体进一步减小,而其他两种混合纳米流体经过100小时高温工况后已丧失热物性能提升能力,即Al2O3-SiO2混合纳米颗粒进一步改善了熔盐纳米流体的稳定性。