Li2CO3/Na2CO3/K2CO3及其混合熔融鹽儲熱材料熱物性分子動力學(xué)研究

收稿日期：2022-01-05

基金項目：國家自然科學(xué)基金（52076080）；河北省自然科學(xué)基金（E2019502138）

通信作者：楊薛明（1972—），男，博士、教授，主要從事微納尺度傳熱傳質(zhì)、清潔能源利用與儲能中的工程熱物理理論及技術(shù)方面的研究。

xuemingyang@ncepu.edu.cn

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0019 文章編號：0254-0096（2023）05-0048-11

摘 要：對Li2CO3/Na2CO3/K2CO3及其二元和三元混合熔融鹽的密度、比熱容、黏度、熱導(dǎo)率進行分子動力學(xué)模擬（MD），對比得出模擬結(jié)果與現(xiàn)有的實驗數(shù)據(jù)和模擬值相近。結(jié)果表明：隨著溫度的升高，密度逐漸減小，離子之間的距離增加，導(dǎo)致對剪切應(yīng)力的抵抗力變小，這說明單組分、二元和三元熔融鹽黏度的負溫度依賴性。對于熔融鹽的熱導(dǎo)率，單組分和二元熔融鹽也呈現(xiàn)出負溫度依賴性，而三元熔融鹽趨勢是隨溫度的升高呈上升狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：太陽能熱發(fā)電；碳酸鹽；分子動力學(xué)；熔融鹽；比熱；黏度；熱導(dǎo)率

中圖分類號：TK512.+4" " " " " " "文獻標(biāo)志碼：A

0 引 言

聚光太陽能（concentrating solar power，CSP）由于其廉價及大規(guī)模的應(yīng)用潛力，被視為是替代傳統(tǒng)能源的關(guān)鍵技術(shù)之一［1-2］。然而，由于太陽能具有間歇性和不穩(wěn)定性等缺點，故而迫切需要開發(fā)用于聚光太陽能發(fā)電的高效儲能介質(zhì)［3-4］。由于熔融鹽理想的熱特性（如廣泛的工作溫度范圍、中等的熱容量、低黏度和出色的熱穩(wěn)定性等），在CSP裝置中作為傳熱流體和儲能介質(zhì)得到廣泛的應(yīng)用［5-7］。通常，熔融鹽包括氯化物、氟化物、碳酸鹽、硝酸鹽。近年來，用分子動力學(xué)研究工質(zhì)熱物性及微觀過程已取得一些進展［8-13］，成為一種精確預(yù)測這些性質(zhì)的替代手段。文獻［14-16］使用Born-Mayer-Huggins勢模擬一系列純?nèi)廴趬A金屬鹵化物（RbF、RbCl、RbBr、RbI、CsF、CsCl、CsBr和CsI）的徑向分布函數(shù)、速度自相關(guān)函數(shù)和均方位移，并驗證了該模型對熔融堿金屬鹵化物的適用性。文獻［17-20］在BMH離子電勢的框架內(nèi)，通過平衡分子動力學(xué)模擬（EMD）和非平衡分子動力學(xué)模擬（NEMD）計算單組分熔融NaCl和KCl的剪切黏度和熱導(dǎo)率，兩種方法的模擬結(jié)果都比實驗值大，但黏度隨溫度的變化趨勢與實驗值一致。文獻［21］利用BMH勢對一系列熔融堿金屬氯化物（LiCl、NaCl、KCl和NaCl-KCl）進行了分子模擬，詳細研究系統(tǒng)特性（密度、剪切黏度、導(dǎo)熱系數(shù)、徑向分布函數(shù)、角度分布函數(shù)）。

針對碳酸鹽熱物性的分子動力學(xué)研究，文獻［22-23］利用BMH勢對熔融堿金屬碳酸鹽K2CO3的熱力學(xué)性質(zhì)和局部結(jié)構(gòu)，從微觀角度解釋液態(tài)熔融堿式碳酸鹽K2CO3熱力學(xué)性質(zhì)的溫度依賴性。文獻［24-25］研究了BMH勢對熔融堿金屬碳酸鹽Na2CO3物性的影響，分別利用EMD和NEMD對各種物性（密度、黏度、比熱容、熱導(dǎo)率）進行分子動力學(xué)模擬，并詳細研究其與溫度的關(guān)系。文獻［26］利用BMH勢對熔融堿金屬碳酸鹽Na2CO3-K2CO3的熱力學(xué)性質(zhì)和局部結(jié)構(gòu)的影響，從微觀角度解釋了二元共晶鹽熱力學(xué)性質(zhì)的溫度依賴性。文獻［26］利用BHM勢對Na2CO3和K2CO3進行MD模擬，研究其對熔融碳酸鹽模型密度、導(dǎo)熱系數(shù)和剪切黏度的影響。

與其他熔融鹽相比，熔融碳酸鹽具有較寬的工作溫度范圍、較低的腐蝕性及成本，以及在850 ℃以下不會分解等優(yōu)異特性，因而在高溫?zé)崮艽鎯蛡鳠釕?yīng)用中受到特別關(guān)注。目前，相關(guān)研究大多針對KNaCO3及其混合組分進行實驗及分子動力學(xué)模擬研究［27-28］，而對于熔點較低的熔融Li2CO3的研究尚少，特別是針對Li2CO3及含Li2CO3熔融鹽的熱物性分子動力學(xué)模擬研究鮮見報道。為此，本文針對單組分Li2CO3及二元和三元混合熔融鹽的密度、比熱容、黏度、熱導(dǎo)率進行分子動力學(xué)模擬，系統(tǒng)研究不同組分熔融碳酸鹽的熱物性隨溫度的變化規(guī)律。

1 方 法

1.1 相互作用勢

本文模擬采用的勢函數(shù)為BMH勢并與庫侖力結(jié)合，這種形式的勢模型最初是為在熔融堿金屬鹵化物上應(yīng)用而開發(fā)的，并已成功應(yīng)用于熔融堿金屬碳酸鹽中。離子間電勢描述為：

[U（rij）=zizje2rij+b1+zini+zjnjexpα（σi+σj-rij）] （1）

式中：[zi]和[zj]——離子的化合價；[e]——電子電荷單位；[rij]——兩個離子之間的中心距離；[b]——指數(shù)前項，20.355 J/mol；[ni]、[nj]——離子外殼的電子數(shù)；[σi]、[σj]——離子的有效半徑；[α]——柔度參數(shù)，3.45 ?。

分子內(nèi)相互作用表示為鍵長伸縮能，鍵角彎曲能與不規(guī)則二面角扭曲能之和，其表達式為：

[Ubond=Kb（r-r0）2] （2）

[Uangle=Kθ（θ-θ0）2] （3）

[Uimproper=Kφ（φ-φ0）2] （4）

本模擬中使用的勢函數(shù)參數(shù)參考文獻等［29］，分子間相互作用所用參數(shù)參考文獻［26］，表1中列出了Na2CO3、K2CO3和Li2CO3模擬所需參數(shù)的值。

1.2 模擬細節(jié)

本模擬使用開源分子模擬軟件包LAMMPS［30］對單組分Na2CO3、K2CO3、Li2CO3、二元混合熔融鹽Li2CO3-Na2CO3和三元混合熔融鹽體系43.5% Li2CO3-31.5% Na2CO3-25% K2CO3（摩爾濃度）進行模擬，所有模擬體系均由9216個原子組成。模擬采用三維立方體盒子和周期性邊界條件以保持粒子數(shù)恒定并消除邊界效應(yīng)。使用Verlet算法，將時間步長設(shè)為1 fs。短程相互作用力采用截斷法，截斷半徑為20 ?，設(shè)為模擬盒子邊長的一半。所有模擬壓力固定為0.1 MPa。長程靜電相互作用使用Ewald［31］求解器，計算精度為[1×10-4]。在模擬比熱容時，整個模擬體系在NPT系綜下進行，總模擬時長為1.1 ns，（0～0.1 ns用于系統(tǒng)平衡，1 ns之后用于統(tǒng)計信息）。在模擬黏度與熱導(dǎo)率時，首先將模擬系統(tǒng)分別在NVT系綜和NPT系綜中平衡100 ps，溫度和應(yīng)力阻尼系數(shù)分別設(shè)置為100 K和1000 fs，然后在NVE系綜下輸出最后結(jié)果，持續(xù)時間為100 ps。

1.3 評估屬性

1.3.1 密 度

熔融鹽的密度計算式為：

[ρ=NMVNA] （5）

式中：[ρ]——密度，g/cm3；[N]——粒子數(shù)量；[M]——摩爾質(zhì)量，g/mol；[V]——模擬體系的體積，nm3；[NA]——阿伏伽德羅常數(shù)，[NA=6.02×1023/mol]。

1.3.2 比熱容

在恒定壓力下，比熱容取決于焓隨溫度的變化，本文中熔融碳酸鹽的比熱容計算公式為：

[cp=?H?Tp] （6）

式中：[cp]——比熱容，J/（g·K）；[H]——在對應(yīng)的平衡溫度[T]下模擬系統(tǒng)的比焓，J/g；T——溫度，K；下標(biāo)[p]——恒壓條件。

1.3.3 剪切黏度

本文采用EMD方法模擬碳酸鹽的黏度，通過Green-Kubo公式［32］計算工質(zhì)的黏度，該公式建立了黏度與熱流自相關(guān)函數(shù)（HCACF）時間積分之間的關(guān)系。三個坐標(biāo)方向熱流的平均值表達式為：

[η=V3KBT0∞αβlt;Pαβ（0）Pαβ（t）gt;dt] （7）

[Pαβ（t）=1Vi=1Nmiviαviβ+i=1N-1jgt;iNrijαfijβ] （8）

式中：[η]——剪切黏度，MPa·s；[V、T]——對應(yīng)系統(tǒng)的體積和溫度；[KB]——玻爾茲曼常數(shù)，等于1.38×10-23 J/K；lt;" gt;——自相關(guān)函數(shù)的平均值，表示時間t處αβ方向的壓力張量分量；[N]——分子數(shù)量；[mi]——分子[i]的質(zhì)量；[viα、][viβ]——分子[i]在[α]和[β]方向上的速度分量；[r、f]——兩個分子之間的位移和作用力。

由于使用分子動力學(xué)方法模擬計算的黏度結(jié)果通常具有一定的不確定性，為了使模擬結(jié)果更加準確，將多個獨立的EMD模擬結(jié)果進行平均。同時在進行EMD模擬中，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)淖韵嚓P(guān)時間和足夠長的仿真時間。本文通過改變初始速度進行次模擬，取平均值作為最后的模擬結(jié)果。自相關(guān)時間的選擇通過計算應(yīng)力-應(yīng)力歸一化自相關(guān)函數(shù)（NACF）獲得。圖1為Na2CO3的歸一化自相關(guān)函數(shù)，其NACF在自相關(guān)時間約為1 ps時收斂到0。

1.3.4 熱導(dǎo)率

本文的熱導(dǎo)率采用RNEMD方法，將模擬體系分為20層，動能在特定的時間間隔內(nèi)沿[z]方向在底部（第1層）和中間（第11層）單元之間進行交換，并積累轉(zhuǎn)移的動能。系統(tǒng)達到動態(tài)平衡后，[z]方向的溫度梯度變?yōu)榫€性，計算其溫度梯度，然后將熱導(dǎo)率表示為所傳遞的總動能與溫度梯度的比率，如式（9）［33］：

[λ=-transferm2（v2hot-v2cold）2tLxLylt;?T/?zgt;] （9）

式中：[λ]——熱導(dǎo)率，W/（m·K）；[m]——原子的質(zhì)量；vcold與vhot——體系底部（1 th）和中間（11 th）的原子速度；[t]——模擬時間；[Lx]與[Ly]——模擬體系在x和y方向的長度；[?T/?z]——[z]方向的溫度梯度。

1.3.5 徑向分布函數(shù)

RDF可用于從微觀角度描述熔融堿金屬碳酸鹽的局部結(jié)構(gòu)，其定義式為：

[gαβ（r）=14πr2ρβdNαβ（r）dr] （10）

式中：[ρβ]——[β]型原子圍繞[α]型原子的理想數(shù)密度；[Nαβ（r）]——[β]型原子在以[α]型原子為中心、半徑為[r]的球形腔內(nèi)的數(shù)目。

2 結(jié)果與討論

2.1 密 度

2.1.1 單組分熔融鹽

圖2為單組分密度隨溫度變化的曲線。從圖2看出，密度隨溫度的升高逐漸減小。由圖2a可知，與文獻［24］模擬值相比，本文模擬結(jié)果相似，平均誤差為0.19%，與其他實驗值［34-35］的平均誤差為5.29%。由圖2b可知，與文獻［23］相比，本文模擬結(jié)果十分接近，與實驗值的整體平均誤差為9.26%。由圖2c可知，與實驗值的平均誤差為18.55%。

2.1.2 二元混合熔融鹽

圖3a為Na2CO3-K2CO3密度隨溫度的變化曲線。與文獻［25］模擬結(jié)果的平均誤差小于1%。在同一溫度下，與Na2CO3、K2CO3密度相比較，Na2CO3-K2CO3熔融鹽的密度低于

Na2CO3、高于K2CO3，隨著Na2CO3濃度的增大，其密度逐漸增大。圖3b為Na2CO3-Li2CO3密度隨溫度的變化曲線，在同一溫度下，與Li2CO3、Na2CO3相比，混合熔融鹽的密度高于Na2CO3、低于Li2CO3，隨著Li2CO3濃度的逐漸增大，其密度逐漸減小。

2.1.3 三元混合熔融鹽

圖4為Li2CO3-Na2CO3-K2CO3的密度隨溫度的變化曲線。從圖4可看出，密度隨溫度的升高而逐漸減小。與文獻［36］的實驗數(shù)據(jù)相比，整體誤差為9.63%。所有熔融鹽的密度均隨溫度的升高而逐漸減小，這表明在較高溫度下，離子之間的距離增加?；旌先廴邴}的密度歸因于單組分熔融鹽的交叉作用，該交叉作用基于混合法則，其中包含一定程度的誤差。

2.2 比熱容

2.2.1 單組分熔融鹽

圖5為三種單質(zhì)比焓隨溫度變化的曲線。從圖5看出，比焓是隨溫度線性增大的，并且斜率為比熱容，計算三種單質(zhì)的比熱容數(shù)值分別為1.67、1.278、2.46 J/（g·K），與文獻［34，37］實驗值的平均誤差分別為4.38%、1.69%、1.6%。本文Na2CO3的比熱與文獻［24］模擬值的平均誤差為0.96%。本文K2CO3的比熱與文獻［23］模擬值的平均誤差為0.16%。從整體上看，三種單質(zhì)的比熱結(jié)果與現(xiàn)有的實驗值和模擬值相差較小。

2.2.2 二元混合熔融鹽

圖6為二元混合熔融鹽的比焓隨溫度的變化曲線。圖6a為Na2CO3-K2CO3混合比焓隨溫度變化的曲線，計算58% Na2CO3-42% K2CO3的比熱容為1.528 J/（g·K）。文獻［38］實驗測得比熱容為1.5 J/（g·K），本文模擬值與實驗值平均誤差為1.8%。40% Na2CO3-60% K2CO3比例混合的比熱容為1.475 J/（g·K），通過這兩組數(shù)據(jù)得出，隨著Na2CO3比例的增加，Na2CO3-K2CO3的比熱容逐漸增大。圖6b為Li2CO3-Na2CO3系統(tǒng)不同混合比例的比焓隨溫度變化的曲線，計算其比熱容分別為1.8687、2.0587、2.2085、2.3624 J/（g·K）。隨著Li2CO3比例的逐漸增加，Li2CO3-Na2CO3的比熱容逐漸增大。

2.2.3 三元混合熔融鹽

圖7為Li2CO3-Na2CO3-K2CO3的比焓隨溫度的變化曲線。計算其比熱容為1.9 J/（g·K），文獻［36］中對450～620 ℃之間的熔融碳酸鹽比熱進行實驗研究，得出其結(jié)果為1.61 J/（g·K），文獻［34］通過實驗測得其比熱容為1.6 J/（g·K），與本文模擬結(jié)果誤差為18.7%。

2.3 黏 度

2.3.1 單組分熔融鹽

圖8為黏度隨溫度的變化曲線。從圖8可看出，黏度隨溫度的升高逐漸減小。由圖8a可知，與文獻［24］模擬值相比，本文模擬結(jié)果十分接近，平均誤差為3.77%。由圖8b可知，與文獻［23］相比，平均誤差為6.66%。由圖8c可知，與文獻［39］相比，在1200 K時誤差最小，為13.551%。本文的模擬結(jié)果與文獻［40］整體結(jié)果較為吻合。在數(shù)據(jù)的可靠性方面，本文模擬結(jié)果與文獻［24］的模擬計算及趨勢結(jié)果一致，并且文獻［24］已通過兩種分子動力學(xué)模擬方法證明其碳酸熔融鹽黏度模擬結(jié)果的準確性和可靠性。熔融鹽密度隨溫度的變化趨勢證實，在較高溫度下，熔融鹽的密度減小，原子之間的距離變大，導(dǎo)致對剪切應(yīng)力的抵抗力變小，因此熔融鹽的黏度會隨溫度的升高而減小。

2.3.2 二元混合熔融鹽

圖9a為Na2CO3-K2CO3黏度隨溫度的變化曲線，與文獻［25］模擬結(jié)果相比，平均誤差為3%。在同一溫度下，與Na2CO3、K2CO3黏度相比較，二元混合熔融鹽的黏度整體明顯低于單組分熔融鹽，這說明經(jīng)過混合后，Na2CO3-K2CO3的黏度降低。圖9b為Na2CO3-Li2CO3黏度隨溫度變化的曲線圖。不同比例之間熔融鹽的黏度無明顯趨勢，但黏度均隨溫度的升高而減小。在同一溫度下，與Li2CO3、Na2CO3黏度相比較，在1150 K時，混合熔融鹽的黏度比單組分熔融鹽的黏度高，并且單組分熔融鹽的下降趨勢比混合熔鹽的慢，由此得出混合熔融鹽的黏度高于單組分熔融鹽的黏度。

2.3.3 三元混合熔融鹽

從圖10可看出，黏度隨著溫度的升高而逐漸減小。與其他實驗數(shù)據(jù)［41-42］相比，在975 K時誤差最大，為17.3%，約在1000 K時誤差最小，為0.6%。

2.4 熱導(dǎo)率

2.4.1 單組分熔融鹽

圖11單組分為熱導(dǎo)率隨溫度的變化曲線。由圖可知，與文獻［24］模擬值相比，平均誤差為2%，與文獻［34］所測的實驗值相比，平均誤差為6.27%。由圖11b可知，與文獻［23］模擬值相比，平均誤差約為5%，與實驗值相比，平均誤差為18.79%。由圖11c可知，與文獻［43］理論計算結(jié)果相比，平均誤差為15.28%，與實驗值的平均誤差為27.77%。可看出，Li2CO3熱導(dǎo)率模擬預(yù)測值與實驗值存在較為明顯的誤差。實際上已有針對LiNO3［1］和LiCl［44］的研究表明鋰鹽的熱物性，特別是熱導(dǎo)率，目前還很難準確預(yù)測，其原因是因為Li+與陰離子之間的離子尺寸差異很大，導(dǎo)致熔融鋰鹽的分子動力學(xué)模擬預(yù)測的誤差增大。

2.4.2 二元混合熔融鹽

圖12為Li2CO3-Na2CO3不同比例混合下的熱導(dǎo)率隨溫度的變化曲線，其熱導(dǎo)率隨溫度呈負溫度依賴性，并且隨溫度的升高，不同比例之間的熱導(dǎo)率差距逐漸縮小。同溫度下與Na2CO3熱導(dǎo)率相比，二元混合熔融鹽的熱導(dǎo)率高于Na2CO3的熱導(dǎo)率；與Li2CO3熱導(dǎo)率相比，混合熔融鹽的熱導(dǎo)率低于Li2CO3的熱導(dǎo)率。

2.4.3 三元混合熔融鹽

圖13為Li2CO3-Na2CO3-K2CO3的熱導(dǎo)率隨溫度的變化曲線，其熱導(dǎo)率變化曲線呈上升狀態(tài)。雖然與單組分和二元熔融鹽呈現(xiàn)相反的趨勢，但是與文獻［36］實驗值呈現(xiàn)出相同變化趨勢，且與實驗值的平均誤差為0.7%。

3 徑向分布函數(shù)

為了從微觀角度描述熔融堿金屬碳酸鹽的宏觀性能與溫度的關(guān)系，對其局部結(jié)構(gòu)進行大量的分子模擬，并得到一系列截斷半徑內(nèi)的RDF曲線。此外，還模擬常溫下熔融鹽的固態(tài)局部結(jié)構(gòu)，這有利于發(fā)現(xiàn)熔融態(tài)碳酸鹽結(jié)構(gòu)隨溫度的變化。

3.1 Na2CO3

圖14為Na2CO3不同原子隨溫度變化的徑向分布函數(shù)。從圖14可得，熔融態(tài)Na2CO3的RDF曲線在第二個高峰之后基本迅速趨于一致，表明熔融態(tài)Na2CO3的短程有序和長程無序。[gCNa（r）]第一峰的位置幾乎不隨溫度的變化而變化，[gNaNa（r）]第一峰隨溫度的升高在RDF曲線中向右移動，這表明在離子簇內(nèi)，陽離子和陰離子的距離幾乎不變，而離子簇的距離隨溫度的升高而增大。[gCC（r）]第一峰隨溫度的升高其波峰和波谷均減小，[CO2-3]對之間的相互作用會隨溫度的升高而減弱，在約5.4 ?處形成一個高峰，在高峰的左側(cè)3.6 ?處出現(xiàn)

一個峰值，隨著溫度的升高，峰值逐漸減小，這是因為當(dāng)熔融鹽溫度達到熔點以上，液態(tài)鹽保留了部分晶體結(jié)構(gòu)，并且該結(jié)構(gòu)隨溫度的升高而變形［1］。[gCO（r）]第一峰值隨溫度的升高其波峰和波谷均減小，[CO2-3]內(nèi)的相互作用會隨溫度的升高而減弱。

3.2 K2CO3

圖15為K2CO3不同原子隨溫度變化的徑向分布函數(shù)。從圖15看出，無論是哪種原子，當(dāng)[rlt;2.5 ?]，其徑向分布函數(shù)總為0，隨著[r]的增大，徑向分布函數(shù)出現(xiàn)峰值。從其局部放大圖來看，隨著溫度的升高，其峰值逐漸下降，說明原子間的聚集程度有序降低，原子間距離加大。[gCK（r）]第一峰值的位置隨溫度的變化較小，這意味著K+與[CO2-3]之間的距離基本不變，[gCC（r）]在3.85 ?處并未出現(xiàn)峰值，而是在6.05 ?處達到峰值，這與Na2CO3熔融鹽是完全不同的。

3.3 Li2CO3

圖16為Li2CO3不同原子隨溫度變化的徑向分布函數(shù)。從局部放大圖來看，其徑向分布函數(shù)不再是單純隨溫度的升高而規(guī)律性變化，只有[gCC（r）]隨溫度的升高而逐漸降低。對于Li2CO3，其徑向分布函數(shù)隨溫度的變化與Na2CO3和K2CO3的規(guī)律性有差異，其機理有待進一步研究。

4 結(jié) 論

1）利用有效對勢函數(shù)BMH勢與庫侖力結(jié)合，針對Li2CO3/Na2CO3/K2CO3及其二元和三元混合熔融鹽的密度、比熱容、黏度、熱導(dǎo)率進行分子動力學(xué)模擬，詳細研究了4種物性隨溫度的變化規(guī)律。將模擬值與現(xiàn)有的實驗值和模擬值相比較，除K2CO3的熱導(dǎo)、Li2CO3的密度和熱導(dǎo)率以及三元混合熔融鹽的比熱與實驗值有一定誤差，其余與其他模擬值和實驗值的平均誤差均小于10%。

2）Li2CO3和K2CO3的模擬結(jié)果與實驗值存在一定誤差，表明分子動力學(xué)模擬在針對其熱物性模擬方面還有待進一步改進。分析熔融鹽的微觀結(jié)構(gòu)可看：隨著溫度的升高，密度逐漸降低，離子之間的距離增加，導(dǎo)致對剪切應(yīng)力的抵抗能力變小，并且降低了通過離子振動進行傳熱的能力，這說明黏度、熱導(dǎo)率的負溫度依賴性。

3）二元混合熔融鹽Li2CO3-Na2CO3的密度隨Li2CO3的比例增加而減小，而比熱則隨Li2CO3比例的增加而增大。對于三元熔融鹽的熱導(dǎo)率，其趨勢是隨溫度的升高呈上升狀態(tài)。

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MOLECULAR DYNAMICS STUDY ON THERMOPHYSICAL

PROPERTIES OF Li2CO3/Na2CO3/K2CO3 AND THEIR MIXED

MOLTEN" SALT FOR HEAT STORAGE

Yang Xueming，Tao Jiawei，Meng Fanxing，Li Chunbo

（Hebei Key Laboratory of Low Carbon and High Efficiency Power Generation Technology， Department of Power Engineering， North China Electric Power University， Baoding 071003， China）

Abstract：Molecular dynamics （MD） simulations of density， specific heat capacity， viscosity and thermal conductivity of Li2CO3/Na2CO3/K2CO3 and its binary and ternary mixed molten salts were carried out and compared with the experimental results. The simulation results are in good agreement with the existing experimental data and simulation values. The results show that with the increasing of temperature， the density decreases and the distance between ions increases， which lead to the decrease of resistance to shear stress， indicating the negative temperature dependence of viscosity of the single-component， binary and ternary molten salts. For the thermal conductivity of molten salt， the single-component and the binary molten salt also show a negative temperature dependence， while the ternary molten salt tends to increase with the increase of temperature.

Keywords：solar thermal power generation； carbonate； molecular dynamics； molten salt； specific heat； viscosity； thermal conductivity