采用兩步法配制了Co-H2O 納米流體，針對不同粒徑、不同質(zhì)量分數(shù)、不同pH 值的納米流體，與去離子水一起同步測試了其光熱轉(zhuǎn)換特性。實驗結(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)量分數(shù)有一最佳值，實驗中質(zhì)量分數(shù)為0. 1%時效果最好，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于50 nm Co-H2O 納米流體的。pH 值對光熱特性有較大影響，實驗中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用在直接吸收式太陽能系統(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提出這個概念以來，納米流體的研究至少開展了18 年，研究者在熱物性、強化換熱特性、蓄冷特性等方面進行了大量研究，顯示出納米流體良好的傳熱性能。近幾年有學(xué)者開始開展納米流體在太陽能熱利用方面的研究，太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。太陽能熱利用最關(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，太陽輻射在通過選擇性涂層吸收并轉(zhuǎn)化為熱量后，還必須通過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能集熱器，集熱器中的工作流體黑液直接吸收太陽能，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)。考慮到納米顆粒優(yōu)異的光吸收性能和納米流體良好的熱輸運性能，已有研究者提出將納米流體用作直接吸收式太陽能集熱器的循環(huán)工質(zhì)，利用納米流體直接吸收太陽輻射能，以達到提高集熱器熱效率的目的。國內(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)的朱海濤等都開展了這方面的研究。

　　納米流體的光熱轉(zhuǎn)換特性研究對其作為太陽能集熱介質(zhì)具有重要的意義，它直接反應(yīng)了納米流體的太陽光吸收能力，以上文獻中針對光熱特性的影響因素研究還是不多而且不夠全面。因此，有必要針對納米流體的光熱特性做進一步的研究。

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

　　1、實驗部分

　　1. 1、納米流體配制

　　本實驗采用兩步法制備納米流體，實驗中的納米鈷由上海超威納米科技有限公司提供，首先稱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( 本實驗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40 min( 功率90 W) 后形成納米流體，實驗中pH 值采用pHS-25 精密pH 計測試，超聲清洗器為KQ2200DE。納米流體的質(zhì)量分數(shù)分別為0.2%，0.1%，0.04%，0.02%，0.01%。分散劑的用量參考文獻，質(zhì)量分數(shù)分別為0.12%，0.06%，0.03%，0.015%，0.0075%。納米流體的體積分數(shù)與質(zhì)量分數(shù)的換算可通過式(1) 進行計算，結(jié)果見表1 所示。

　　式中，f v為Co 納米顆粒的體積分數(shù)；fm為Co 納米顆粒的質(zhì)量分數(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，但整個納米顆粒分散較好，粒子平均粒徑為50 和30 nm。圖2 是本實驗制備的不同濃度的Co-H2O 納米流體(Co:30nm) 的照片，其穩(wěn)定時間約為10 天。

圖1 納米粒子Co的SEM 圖像

表1 質(zhì)量分數(shù)對應(yīng)的體積分數(shù)

　　3、結(jié)語

　　在水中添加納米粒子改變了水的太陽能光譜吸收特性，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。粒子質(zhì)量分數(shù)對納米流體的光熱特性影響較大，其溫升速率隨著粒子質(zhì)量分數(shù)的增加而加大，但是粒子添加量也不宜過多，本實驗最佳為0.1%，其最高溫度比水的高出30.3%。pH 值會影響納米流體的穩(wěn)定性，從而影響其光吸收能力，所以配置納米流體時要注意調(diào)節(jié)懸浮液的pH值，本實驗pH = 8 效果最佳。

　　另外，粒徑的大小也會影響納米流體的光熱性能，粒徑越小光吸收能力越強，導(dǎo)熱系數(shù)也越大。本實驗中的Co-H2O 納米流體具有磁性，磁場對納米流體的輻射特性有一定的影響，所以，后期將繼續(xù)研究交變磁場和均勻磁場對納米流體光熱特性的影響，以期進一步提升納米流體的光熱轉(zhuǎn)換能力。