熔融氯化盐的结构参数和输运性质的分子动力学研究

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储热系统是现代太阳能光热电站中必不可少的一部分,换热流体是其关键组成,影响着整个系统的运行效率。熔融氯化盐以运行温度合适、高温稳定性、热力学性能好、成本低等优势成为最有潜力的换热流体之一。关于熔融盐的结构参数和输运性质的评估研究对储热系统和光热电站的研究和发展有重要意义。本文首先采用基于极化离子模型的分子动力学模拟方法研究三元氯化盐Mg Cl2-Na Cl-KCl的结构参数和输运性质,具体计算了其在800~1200 K温度范围内的密度、径向分布函数、自扩散系数、剪切粘度、比热容和导热率,计算得到比热容为1.0901J/g·K,导热率约为0.4 W/K·m,并分析了各个参数的温度依赖性。本研究所有模拟结果与文献数据呈较好一致性,验证了此模型的有效性。对比本研究的结果和文献数据,分析了高温下NaCl、KCl、MgCl2的氯化盐体系中不同组分盐性质上的区别与联系。给出了熔融氯化盐在实际工程应用中的建议,包括可以利用混合多种氯化盐来达到较低熔融温度,不同组分盐的密度值彼此接近,用混合规律来估计材料的导热率等。在原三元氯化盐体系的基础上,将其中1%、5%、10%和20%的氯离子替换为氟离子,构建4个不同比例的氯化盐-氟化盐混合物模拟体系,计算了相同温度条件下的结构参数和输运性质,对比分析加入氟离子对这些参数的影响。研究发现镁-氟之间的强相互作用会导致密度增加,氟离子的加入使得比热容、导热率和剪切粘度增大,而自扩散系数减小,为未来氯化盐-氟化盐混合物在储热系统中的应用提供参考。
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