在最近发表在ACS Omega杂志上的一项研究中，讨论了石墨/正癸烷纳米流体燃料的不同物理和传热特性以及蒸发特性。
研究：纳米颗粒浓度对石墨/正癸烷纳米流体燃料的物理和传热性能以及蒸发特性的影响。图片来源：Jaromir Chalabala/Shutterstock.com
什么是正癸烷？
正癸烷被认为是涡轮发动机和火箭发动机中航空航天煤油的可能替代推进剂。
由于正癸烷具有很强的热性能，可以调节饱和蒸气压，因此可以满足大量的能源需求，同时减少二氧化碳排放。
根据研究，单独的正癸烷分子以及二元混合物可以用作可再生能源。提高正癸烷消耗效率的一种技术是将纳米颗粒（NPs）溶解在正癸烷中以产生液滴，即基于正癸烷的纳米流体润滑剂。
图 1.不同GNP浓度（SP-80为0.5体积%，25°C）下GNP/正癸烷纳米流体燃料的密度。© Li， S. et al. （2022）.
纳米流体生物燃料的优点
纳米流体生物燃料是一种新型生物燃料，通过在基础油内漂浮纳米颗粒（1100nm）来工作。它们在车辆（IC发动机）、电子零件、核电站和电力生产等商业过程的能源传输和控制系统方面显示出了希望。
这些悬浮纳米颗粒可分为三类：（1）亚铁纳米颗粒（例如Al）;（2）黄铜纳米颗粒（铝2O3，例如）;（3）碳基纳米颗粒（石墨等）。
根据这项研究，分散的纳米颗粒显着改善了基础生物燃料的汽化和燃烧性能。
基于纳米颗粒的正癸烷的重要性
尽管具有如此高的燃料输出，金属和金属纳米颗粒可能会堵塞燃烧过程并对生物产生有害影响。
碳基纳米颗粒对环境有益，因为燃烧后只产生二氧化碳。
注入的石墨纳米片的数量对于确定机械和热特性，温度升高的速度以及汽化程度至关重要。此外，随着杂化纳米流体的汽化进展， 石墨纳米片浓度稳步上升.
近年来，科学家们对纳米颗粒含量与基础生物燃料蒸发质量之间的关系兴趣不大。
尽管如此，在基础燃料中添加纳米颗粒对其蒸发能力的具体定量影响尚未得到适当研究，也没有明确阐明提高其性能的过程。
此外，对碳基纳米流体润滑剂的机械和热性能的研究很少，也没有将这些性能与基本生物燃料的性能进行比较。
图 2.GNPs的SEM形态学© Li， S. et al. （2022）.
正癸烷负载溶剂中的石墨纳米片
石墨纳米片在正癸烷负载溶剂SP-80中的百分比对溶剂混合物的耐久性，机械和热特性以及蒸发特性有重大影响。
石墨纳米片速率为0.1%的重量%，实现了GNP/n-癸烷纳米流体燃料的最高稳定性。表面活性剂SP-80的最高含量为0.5 vol%，最佳超声周期为10 min。
单个机械和热特性，包括质量，摩擦系数，运动粘度，热容，比热，受到溶液中石墨纳米片浓度的影响。
随着石墨纳米片百分比的增长，体积和传热以线性方式增加;强度以二进制方式增加，摩擦力对体积有分段效应。
加热速率几乎总是保持稳定，而蒸发热几乎总是与时间成比例地减少。
研究结果和结论
为了实现最佳的蒸发效率，必须满足与纳米颗粒浓度相关的一整套机械和热标准。
观察到蒸发冷却常数在石墨纳米片密度降低时上升，因为纳米颗粒的运动持续时间比除湿周期短两个数量级。相反，由于观察到液体表面掺入颗粒壳结构，蒸气压常数随着石墨纳米片密度的不断增长而下降。
随着石墨纳米片的比例从1.75重量%增加，GNP/癸烷纳米流体生物燃料的蒸发反应速率接近峰值，比碱性汽油正癸烷增加了12.6%。
汽化焓是要考虑的最重要生理和热质量之一，因为它对所有这些特性的蒸发效率影响最大。
流速变量同样与环境暖空气的程度呈线性相关，并且取决于表面活性剂SP-80的组成。
参考
Li, S. et al. (2022). Effect of Nanoparticle Concentration on Physical and Heat-Transfer Properties and Evaporation Characteristics of Graphite/n-Decane Nanofluid Fuels. ACS Omega. Available at: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.1c05343
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