纳米流体- 合成酯类新能源温控方案研究

引言

我国具备丰富的风电、光伏等资源，新能源发展潜力比较大。通过不断发展，我国多项新能源技术与装备制造水平处于领先地位，不仅构建了世界上最大的清洁电力供应体系，而且在国际市场上新能源汽车、光伏产品、锂电池形成了强大的竞争力，有效推动能源发展转型。温控系统作为新能源产业重要的一部分，发挥着关键性的作用。然而，传统温控技术在面对新能源设备时出现冷却效率低、温度均匀性差等问题，不仅导致设备性能衰减、寿命缩短，还会引发热失控等安全隐患 [1]。因此，需要寻找一种更加高效、环保的温控方案，以推进新能源产业的不断发展。

一、纳米流体- 合成酯类温控方案的组成与作用原理

（一）组成

纳米流体 - 合成酯类温控系统主要是由纳米流 - 合成酯类换热介质、循环泵、换热器、温度传感器和控制系统等部分组成。纳米流体 - 合成酯类换热介质是核心部分，负责吸收和传递热量。纳米流体是一种包含纳米颗粒的胶体悬浮液的流体系统，最出众的地方是导热性能，其主要归因于纳米粒子的小尺寸效应、表面效应和布朗运动。合成酯类是一类重要的有机化合物，作为一种极其重要的原料，被广泛应用于有机合成当中。所以，两者的结合具有一定的必要性。

当新能源系统在实际运行中产生热量后，先是温度传感器通过检测感受到温度升高，然后将温度信号传递给控制系统，以根据预先设定的温度值，启动循环泵，使得纳米流体 - 合成酯类换热介质开始循环流动。当换热介质流经热源部位时会吸收热量，使得温度升高，然后通过管道输送至换热器。在换热器中，升高的换热介质进行热量交换，使得温度降低然后通过循环泵回到热源部分，继续吸收热量，通过循环往复实现持续温控 [2]。

（二）作用原理

首先，传热增强机制。在纳米流体中，纳米粒子通过自身的高导热性能将热量快速传递与流体当中，同时借助布朗运动增加流体分子的扰动，从而加强对流换热。而在合成酯类基液中，纳米粒子同样可以发挥传热增强机制。在温控方案中，热量从热源处传递到纳米流体 - 合成酯类介质当中，然后纳米粒子则快速扩散热量，同时通过布朗运动带动周围的合成酯类分子运动，加快热量传递速度，进而达到高效散热、高效温控的效果。

其次，协同工作模式。在温控方案中，纳米流体与合成酯类是相互配合，协同工作，以实现精准温控新能源系统的目标。其中，合成酯类主要维持系统稳定，通过自身化学稳定性、低挥发性等特性，提供稳定的基液环境，使得纳米粒子可以均匀分散，并稳定存在，进而确保温控系统长期稳定运行。纳米流体则是加速热量传导，基于自身传热性能提高合成酯类的散热能力 [3]。

二、纳米流体- 合成酯类温控方案的优势与挑战

（一）优势

1. 散热效率提升

在方案中，将纳米流体的高导热特性与合成酯类稳定的流体环境相结合，有效提高了新能源温控系统的散热效率。例如：在新能源汽车电池组散热测试中，纳米流体 - 合成酯类温控方案，可以将电池组整体温度控制在 40^∘C 以内，温差缩小到了 3^∘C-5^∘C ，即使在 3C 充放电情况下，而且由于纳米粒子的布朗运动和合成酯类低粘度特性，使得热量传递更加快速、高效，为系统的稳定工作提供保障。又如：某大型太阳能发电站，通过在光伏板背面安装的冷却管道中加入循环纳米流体 - 合成酯类换热介质，有效将光伏板的温度降低 10℃ -15℃，提高太阳能发电的效率。

2. 系统稳定性提高

纳米流体具有分散稳定性，合成酯类则具备化学稳定性，两者结合能够有效提高新能源温控系统的稳定性。例如：在风力发电系统中，发电机、变流器

等设备在运行过程中会产生大量热量，通过纳米流体 - 合成酯类温控方案可以为设备提供可靠的温度管理，使得风力发电系统在各种环境条件下稳定运行。

3. 环保性能优越

相比于传统石化基冷却液，合成酯类生物降解率比较高，达到 90% 以上，所以对生态环境的影响比较小，具有优越的环保性能。例如：在新能源汽车领域当中，通过纳米流体 - 合成酯类温控方案，可以延长电池使用寿命，间接性地减少电池更换产生的电子废弃物，具备良好的经济和环境效益，符合绿色能源发展理念。

（二）挑战

1. 稳定性问题

在方案中，虽然通过多种措施改善纳米流体的稳定性，但是在长期使用中纳米颗粒很可能受到不同因素的影响，如机械振动、温度变化等，出现团聚现象，使得流体性能降低。同时合成酯类在高温和高湿度环境下，也可能会出现水解，使得系统稳定性受到影响。因此，需要通过开发新型分散剂、优化合成酯类配方等策略，强化纳米流体的稳定性和合成酯类的抗水解能力。

2. 成本问题

由于纳米颗粒制备工艺比较复杂，所以成本较高，而且合成酯类生产的成本也比较大，所以纳米流体 - 合成酯类温控方案初期投入较大，大规模的应用比较困难。因此，在实际运用中可以采用低成本纳米颗粒制备工艺，且利用规模化生产降低合成酯类成本，进而有效提高方案的经济性。

结语

综上所述，纳米流体 - 合成酯类温控方案通过传热增强机制和协同工作模式展现出精准的温控性能，不仅可以提升散热效率，提高系统稳定性，还具有优越的环保性能。但存在稳定性、成本等方面的问题，在未来需要进一步深入研究，以更好地实现精准、高效的温控，解决新能源产业的温控问题，促进其可持续化发展。

参考文献：

[1] 严夏 , 许志浩 , 康兵 , 等 . 基于多场耦合的合成酯油变压器温变行为研究 [J]. 变压器 ,2024,61(05):24-29.

[2] 张伟 , 曾宁宁 , 梅莉 . 合成酯润滑油磨损腐蚀的评价方法及机理研究[J]. 合成润滑材料 ,2023,50(03):5-8.

[3] 张伟 , 罗世刚 , 滕婕 , 等 . 考虑温控负荷聚合调控的新能源 - 储能联合规划 [J]. 储能科学与技术 ,2023,12(06):1901-1912.

基金项目：2024 年宁波市高新区重点科技项目：国产芯片服务器新型液冷复合热管理材料研发及应用示范 2024CX050001

作者简介：林子杰（1984 年 11 月 5 日），男，满，吉林省吉林市人，日本熊本大学博士研究生，主要研究方向为热工学和能源转化领域。

白瑞晨（1987 年 1 月 5 日），男，蒙古，辽宁省沈阳市人，日本熊本大学博士研究生，主要研究方向为先进机械系统。