近期，希腊雅典国家技术大学热能工程系Evangelos Bellos等人，对适用于槽式集热器的各种传热流体进行了详尽研究，包括水、Therminol VP-1导热油、熔融盐、钠液、空气，二氧化碳和氦气。研究人员在商业化使用的Eurotrough ET-150槽式集热器中对这7种工作流体进行了能量和火用的分析。每种传热流体都在其适当的温度范围内进行研究，从27℃（300K）到1027℃(1300K)。此外，对于每一种传热流体，都确定了其最佳质量流量，从而获得高性能，并通过使用EES（工程方程求解器）进行热性能分析。结果表明，液态钠在入口温度为527℃（800K）时产生了此项研究中火用效率的最大值，为47.48%。而氦气、二氧化碳和空气的最大火用效率分别为42.21%、42.06%和40.12%。此外，在温度达到227℃水平，加压水是最佳工作流体，而对于极端高温（高于827℃），二氧化碳和氦气是最适合的工作介质。
以下摘录编译其部分研究内容，以供参考。全文可在Applied Thermal Engineering 114 (2017) 374-386查阅。
一、前言
目前适用于太阳能热发电系统的传热流体有很多种，每种传热流体都其优势，能够在不同的温度水平下运行。例如，水能够在100℃以下进行低温运行，而对于更高温度则可以使用加压水。导热油，如Dowtherm、Syltherm和Therminol工作温度可以达到400℃。熔融盐，如硝酸盐的工作温度高达600℃，而新的氯盐可以实现更高温度。液态金属，如钠和铅铋可实现高达900℃的工作温度。气体，如空气、二氧化碳和氦气是唯一能在接近1000℃的极高温度下工作的传热流体。本文研究了从27℃（300K）到1027℃（1300K）的温度范围内的七种传热流体，可以为每种传热流体的应用提供合适的指南。
二、数学模型
其中Eu为系统中㶲的输出，Es为系统太阳能（㶲）的输入。㶲又称为可用能、有效能或可用度，是理论上可以无限转换为其他能量形式的那部分能量。而㶲效率是指在某一过程中，系统对外输出的㶲与所获得的㶲之比。
三、结论与讨论
1. 最佳质量流量的确定
上表显示了各种传热流体在各自温度范围内的最佳质量流量的结果。
2. 各种传热流体的热效率和火用效率的对比分析
上图是对所有传热流体的热性能进行了比较。(a)给出了所有传热流体在整个温度范围内的比较；(b)-(f)显示了每隔200℃的较小温度范围的曲线比较。(a)可以看出液体传热流体具有比气体传热流体更高的热性能。此外，液体在较高的质量流量下运行，从而导致平均运行温度较低，从而降低了对环境的热损。由于压降与质量流量的关系，气体传热流体必须在相对较低的质量流量下运行。这些是液体和气体传热流体有区别的主要原因。
下图是所有被测温度范围内的传热流体火用效率比较。一个重要的结果是大多数传热流体存在最佳操作温度。这个结果适用于ET-150槽式集热器系统。
图9显示了气体传热流体沿吸热管的压降。氦气的压降最低，而空气的压降最高。随着运行温度的升高，压降基本上呈线性增长。
文章中图10表示吸热管壁和传热流体之间对流换热系数的对比。各种传热流体之间存在着巨大的差异。液态钠的对流换热系数比其他工质大很多倍，其次是水，而后是熔融盐。其他传热流体具有较低的对流换热系数，这会导致较低的热性能。
3. 讨论
前面得出的结论可以为每种传热流体的应用提供合适的指南。很明显，水和导热油是低温下最适合的传热流体，因此它们可以用于太阳能制冷、海水淡化和低温工业余热。熔融盐和液态钠是中高温水平更适合的传热流体，而气体必须在极高的温度下使用。
火用效率是电力生产应用的一个重要指标。35%- 40%的火用效率可使系统具有可持续发展的经济可行性。根据研究发现，系统必须在一种特定为温度范围内运行，从327℃到727℃（600K-1000K），从而达到最大的火用性能。从火用角度来说，气体传热流体和液态钠是适当的，火用效率分别达到42%和47%。
本次研究发现，液态钠是最佳选择，当集热器入口温度为527℃时，液态钠的火用效率达到47.48%。但是，这种传热流体的使用还存在很多问题，比如，安全问题、腐蚀问题、存储问题和高成本等。因此，对于液态钠工作流体的研究还需要继续深入加强。
四、总结
1. 液体传热流体具有比气体传热流体更高的热性能。
2. 对于工作稳定低至227℃的低温，加压水是最合适的传热液体；而钠液对于高达827℃温度水平是最合适选择。二氧化碳和氦气是温度大于827℃这种极高温情况的解决方案。
3. 对于气体来说，由于其密度较低，压降对气体起着重要作用。这个结果使得气体在327℃到377℃的范围内具有最佳的热力学性能，尽管它们可以运行到1027℃。
4. 空气、二氧化碳和氦气的最大火用效率分别为40.12%、42.06%和42.21%。温度为527℃时的液态钠可以观察到全局最大火用效率等于47.48%。
原文地址：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135943111633767X
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