采用兩步法配制了Co-H2O 納米流體，針對(duì)不同粒徑、不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)、不同pH 值的納米流體，與去離子水一起同步測(cè)試了其光熱轉(zhuǎn)換特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明: 納米流體的溫升速率及集熱量明顯優(yōu)于去離子水的。納米流體質(zhì)量分?jǐn)?shù)有一最佳值，實(shí)驗(yàn)中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 1%時(shí)效果最好，其最高溫度要比純水高出30.3%。30 nm Co-H2O 納米流體的光吸收能力要強(qiáng)于50 nm Co-H2O 納米流體的。pH 值對(duì)光熱特性有較大影響，實(shí)驗(yàn)中pH = 8 效果最佳。Co-H2O 納米流體優(yōu)異的光吸收性能表明其有望運(yùn)用在直接吸收式太陽(yáng)能系統(tǒng)中。

　　納米流體是指以一定的方式和比例在液體中添加納米級(jí)金屬或非金屬氧化物粒子而形成的一種新型的傳熱冷卻工質(zhì)。自從Choi提出這個(gè)概念以來(lái)，納米流體的研究至少開(kāi)展了18 年，研究者在熱物性、強(qiáng)化換熱特性、蓄冷特性等方面進(jìn)行了大量研究，顯示出納米流體良好的傳熱性能。近幾年有學(xué)者開(kāi)始開(kāi)展納米流體在太陽(yáng)能熱利用方面的研究，太陽(yáng)能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無(wú)需運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染。太陽(yáng)能熱利用最關(guān)鍵的是如何提高集熱器的集熱效率。而提高效率可以從優(yōu)化集熱器結(jié)構(gòu)以及開(kāi)發(fā)出新型的集熱工質(zhì)兩方面入手，鑒于目前傳統(tǒng)的平板和真空管式集熱器都是采用間接集熱方式，太陽(yáng)輻射在通過(guò)選擇性涂層吸收并轉(zhuǎn)化為熱量后，還必須通過(guò)涂層涂覆的金屬板或玻璃管壁的導(dǎo)熱才能傳遞至工作介質(zhì)，這種非直接的吸收過(guò)程大大影響了集熱器效率的提高。1975 年Minardi提出一種直接吸收式太陽(yáng)能集熱器，集熱器中的工作流體黑液直接吸收太陽(yáng)能，有利于減少熱損失，提高熱效率。

　　由于納米顆粒的小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、大比表面積效應(yīng)以及界面原子排列和鍵組態(tài)的無(wú)規(guī)則特性使得納米微粒的光學(xué)特性有了較大的變化，具有特殊的光吸收性質(zhì)�？紤]到納米顆粒優(yōu)異的光吸收性能和納米流體良好的熱輸運(yùn)性能，已有研究者提出將納米流體用作直接吸收式太陽(yáng)能集熱器的循環(huán)工質(zhì)，利用納米流體直接吸收太陽(yáng)輻射能，以達(dá)到提高集熱器熱效率的目的。國(guó)內(nèi)廣東工業(yè)大學(xué)的毛凌波，浙江大學(xué)的趙佳飛、駱仲泱，上海電力大學(xué)的朱群志，青島科技大學(xué)的朱海濤等都開(kāi)展了這方面的研究。

　　納米流體的光熱轉(zhuǎn)換特性研究對(duì)其作為太陽(yáng)能集熱介質(zhì)具有重要的意義，它直接反應(yīng)了納米流體的太陽(yáng)光吸收能力，以上文獻(xiàn)中針對(duì)光熱特性的影響因素研究還是不多而且不夠全面。因此，有必要針對(duì)納米流體的光熱特性做進(jìn)一步的研究。

　　本文配制了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)、不同粒徑的Co-H2O納米流體，研究了粒徑、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、pH 值對(duì)納米流體光熱特性的影響。旨在探討納米流體運(yùn)用于直接吸收式太陽(yáng)能集熱器的可行性，并為使納米流體具有最佳的光熱特性提供指導(dǎo)。

　　1、實(shí)驗(yàn)部分

　　1. 1、納米流體配制

　　本實(shí)驗(yàn)采用兩步法制備納米流體，實(shí)驗(yàn)中的納米鈷由上海超威納米科技有限公司提供，首先稱(chēng)取一定量的納米粉體，將其與去離子水混合，然后添加一定量的分散劑( 本實(shí)驗(yàn)選用十二烷基苯磺酸鈉為分散劑) ，使用HCl 和NaOH 溶液調(diào)節(jié)懸浮液pH =8，經(jīng)機(jī)械攪拌器攪拌30 min 后，形成納米粒子懸浮液，再經(jīng)超聲振動(dòng)40 min( 功率90 W) 后形成納米流體，實(shí)驗(yàn)中pH 值采用pHS-25 精密pH 計(jì)測(cè)試，超聲清洗器為KQ2200DE。納米流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.2%，0.1%，0.04%，0.02%，0.01%。分散劑的用量參考文獻(xiàn)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.12%，0.06%，0.03%，0.015%，0.0075%。納米流體的體積分?jǐn)?shù)與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的換算可通過(guò)式(1) 進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表1 所示。

　　式中，f v為Co 納米顆粒的體積分?jǐn)?shù)；fm為Co 納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；ρf為基液的密度，kg /m³；ρp為Co 納米顆粒的密度，kg /m³。圖1 是兩種不同粒徑納米鈷的SEM 圖像，形狀為近球形，有少部分顆粒聚集在一起，但整個(gè)納米顆粒分散較好，粒子平均粒徑為50 和30 nm。圖2 是本實(shí)驗(yàn)制備的不同濃度的Co-H2O 納米流體(Co:30nm) 的照片，其穩(wěn)定時(shí)間約為10 天。

圖1 納米粒子Co的SEM 圖像

表1 質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)

　　3、結(jié)語(yǔ)

　　在水中添加納米粒子改變了水的太陽(yáng)能光譜吸收特性，納米粒子優(yōu)異的光吸收性能使得納米流體整體的光熱轉(zhuǎn)換能力加強(qiáng)。粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)納米流體的光熱特性影響較大，其溫升速率隨著粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而加大，但是粒子添加量也不宜過(guò)多，本實(shí)驗(yàn)最佳為0.1%，其最高溫度比水的高出30.3%。pH 值會(huì)影響納米流體的穩(wěn)定性，從而影響其光吸收能力，所以配置納米流體時(shí)要注意調(diào)節(jié)懸浮液的pH值，本實(shí)驗(yàn)pH = 8 效果最佳。

　　另外，粒徑的大小也會(huì)影響納米流體的光熱性能，粒徑越小光吸收能力越強(qiáng)，導(dǎo)熱系數(shù)也越大。本實(shí)驗(yàn)中的Co-H2O 納米流體具有磁性，磁場(chǎng)對(duì)納米流體的輻射特性有一定的影響，所以，后期將繼續(xù)研究交變磁場(chǎng)和均勻磁場(chǎng)對(duì)納米流體光熱特性的影響，以期進(jìn)一步提升納米流體的光熱轉(zhuǎn)換能力。