羧基化MWCNT强化重力热管煤火移热研究

摘要

为提升重力热管(TPCT)在煤田火区低品热能移取效率，通过混酸液相氧化法制备羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)，并采用两步法制备MWCNTs-COOH纳米流体;采用热重试验对真空干燥后的纳米流体热稳定性进行分析，结合Zeta电位、接触角和导热系数测试，系统研究其分散稳定性、界面润湿特性与导热性能;此外，自主搭建煤火热能提取试验台，对煤田火区热能提取过程中的温度场分布及传热特性进行分析。结果表明:MWCNTs-COOH纳米流体具有优异的热稳定性，其质量残留率高达92%;改性后的多壁碳纳米管分散稳定性及导热性能均得到显著提升，其中羧基化改性后纳米流体的电位值为45 m V，接触角约为69°，导热系数提升率从20℃时的4.04%稳步增长至100℃时的4.32%;在100℃煤温度场下，MWCNTs-COOH工质TPCT的最大降温幅度为40.2℃，显著高于MWCNTs工质的29.9℃，降温提升率为24%;MWCNTs-COOH工质TPCT的24 h累计移热量为322.4 MJ，较MWCNTs工质的232.9 MJ提高约38.42%。研究结果可为煤火热能清洁高效利用的理论分析与工程设计提供理论基础。

关键词

煤火 / 重力热管 / 羧基化多壁碳纳米管 / 纳米流体 / 热能提取