一种导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定装置及方法

本发明涉及以导热油为传热介质的中温太阳能热发电系统、油田地面集输加热系统等，具体涉及一种导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定装置及方法。

背景技术：

1、槽式太阳能热发电系统是通过槽式反射镜将太阳光汇聚到太阳能集热管上，集热管内有吸热管，用来吸收太阳光加热内部的传热介质导热油，把导热油加热到400℃左右，然后可以通过热交换器将水加热到300℃左右形成蒸汽，最后利用水蒸汽去推动蒸汽轮机旋转带动发电机发电。在吸收太阳能过程中导热油易被氧化，过大的热强度或流动受限制的地方，加热表面温度上升，高于热分解极限温度，会产生过热。在此情况下，裂化热分解导致加热表面结焦，影响传热效果，加速导热油老化失效，同时还造成集热管道局部过热，损害机械强度，严重时危及人身安全。

2、导热油结焦问题关系着整个太阳能热发电吸热系统的安全运行，通过增加导热油湍动程度，提高对流传热系数，强化流体传热的方式，可以减少导热油与加热面传热边界层中滞流的底层厚度和对流传热热阻，减缓导热油结焦形成速度，延长其使用寿命。作为一种新型传热工质，纳米流体具有优质的热传导性能，传热强化效果非常明显，增强介质之间换热、加速温度传递，提高介质的换热效率等优点。其中磁性纳米流体是一种特殊的流体，具有良好的磁导向性，通过改变磁场，可以调整磁性纳米流体的热力学、动力学及流变学特性。

3、目前，关于减缓导热油结焦方面的研究主要集中在工艺方面，比如控制导热油流速、限制加热温度等，但并没有从本质上解决这个问题；但有关磁场作用下导热油基磁性纳米流体结焦变化的研究主要是从数值模拟的角度进行，其准确性无法进行验证。为此，本发明提出了一种导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定装置及方法以解决以上问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定装置及方法，利用导热油基磁性纳米流体在磁场作用下的导向性，打破导热油结焦形成的条件，延长传热介质的使用寿命，解决现有技术中存在的问题。

2、一种导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定方法，包括以下步骤：

3、导热油罐；

4、电加热器，设置于所述导热油罐内；

5、导热油泵，其一端与所述导热油罐连通；

6、多个第一挂片，分别设置在所述导热油罐内壁上；

7、电磁感应装置，用于对加热后的导热油基纳米流体提供磁场环境；所述电磁感应装置包括：

8、基座，其上设置有凹槽；

9、钢管，放置于所述凹槽内，其一端与所述导热油泵的另一端连通，另一端与所述导热油罐连通，所述钢管内设置有多个第二挂片；

10、多个磁块，分别设置于所述钢管两侧的所述基座上。

11、进一步地，所述导热油罐与所述电磁感应装置之间设置有冷却器，所述冷却器的一端与所述钢管的另一端连通，其另一端与所述导热油罐连通。

12、进一步地，所述钢管底部设置有活动窗口。

13、进一步地，所述导热油罐内底部设置有搅拌器。

14、进一步地，所述导热油罐一侧设置有可调变压器，所述可调变压器与所述电加热器电连接。

15、进一步地，一种导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定装置的测定方法，包括以下步骤：

16、通过电加热器对导热油罐内的导热油基纳米流体进行加热；

17、将加热后的导热油基纳米流体经过导热油泵输送至电磁感应装置中的钢管内进行磁场均匀化；

18、通过在钢管两侧的磁块对钢管内接收到的流体施加磁场，得到施加磁场强度下导热油基磁性纳米流体的结焦产物；

19、将导热油罐内第一挂片上的结焦产物和施加磁场强度后的钢管内第二挂片上的结焦产物分别进行干燥，得到施加磁场前后两种状态下的结焦产物质量；

20、依据得到的结焦产物质量计算出施加磁场前后结焦产物质量的变化量，从而得到磁场对应的导热油基磁性纳米流体的结焦速度。

21、进一步地，通过可调变压器对电加热器的加热功率进行调节，改变导热油基纳米流体加热的温度。

22、进一步地，通过调节钢管两侧的磁块数量以及相邻磁块间的距离来调整磁场强度，对钢管内接收到的流体施加不同强度的磁场。

23、进一步地，在对导热油基纳米流体加热过程中，通过电机控制搅拌器对导热油基纳米流体进行搅拌。

24、进一步地，所述结焦速度的计算公式为：

25、

26、其中，m0是第一挂片上的结焦产物质量，m1是第二挂片上的结焦产物质量，t是测试时间。

27、本发明提供了一种导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定装置及方法，具备以下有益效果：

28、本发明设置电磁感应装置对加热后的导热油基纳米流体提供磁场环境，通过调节钢管两侧的磁块数量以及相邻磁块间的距离来调整磁场强度，对钢管内接收到的流体施加不同强度的磁场，对加入磁性纳米颗粒后导热油在不同工作条件下的结焦变化规律进行测试分析，揭示磁性纳米流体传热性能对导热油结焦形成速度的影响规律，从而保证太阳能热发电吸热系统安全运行具有重要现实意义。

技术特征：

1.一种导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定装置，其特征在于，所述导热油罐(2)与所述电磁感应装置(4)之间设置有冷却器(5)，所述冷却器(5)的一端与所述钢管(9)的另一端连通，其另一端与所述导热油罐(2)连通。

3.根据权利要求1所述的一种导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定装置，其特征在于，所述钢管(9)底部设置有活动窗口(12)。

4.根据权利要求1所述的一种导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定装置，其特征在于，所述导热油罐(2)内底部设置有搅拌器(6)。

5.根据权利要求1所述的一种导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定装置，其特征在于，所述导热油罐(2)一侧设置有可调变压器(8)，所述可调变压器(8)与所述电加热器(1)电连接。

6.一种基于权利要求1～5任一项所述的导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定装置的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定方法，其特征在于，通过可调变压器对电加热器的加热功率进行调节，改变导热油基纳米流体加热的温度。

8.根据权利要求6所述的一种导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定方法，其特征在于，通过调节钢管两侧的磁块数量以及相邻磁块间的距离来调整磁场强度，对钢管内接收到的流体施加不同强度的磁场。

9.根据权利要求6所述的一种导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定方法，其特征在于，在对导热油基纳米流体加热过程中，通过电机控制搅拌器对导热油基纳米流体进行搅拌。

10.根据权利要求6所述的一种导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定方法，其特征在于，所述结焦速度的计算公式为：

技术总结
本发明公开了一种导热油基磁性纳米流体结焦速度的测定装置及方法，涉及以导热油为传热介质的中温太阳能热发电系统、油田地面集输加热系统等技术领域，该方法包括：通过电加热器对导热油罐内的导热油基纳米流体进行加热后，经过导热油泵输送至钢管内，通过调节磁块的数量以及相邻磁块间的距离来调整磁场强度，对钢管内接收到的流体施加不同强度的磁场；将导热油罐内的第一挂片和施加一段时间后钢管内的第二挂片上的结焦产物分别进行干燥，得到施加磁场前后两种状态下的结焦产物质量，从而计算得到结焦速度；通过改变磁场，可以增加导热油湍动程度，提高对流传热系数，强化流体传热，减缓导热油结焦形成，延长其使用寿命。

技术研发人员：吕少华,郝芸,黄晶晶,程凯凯
受保护的技术使用者：西安石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13