摘要：表面張力的大小直接決定著熔鹽的熱傳輸能力。基于拉脫法測量表面張力的原理，改進了測量高溫熔鹽表面張力的實驗系統；以化學純LiNO3進行標定獲得了儀器系數，然后分別以NaNO3和Solar salt混合鹽驗證了實驗系統和拉脫法測量高溫熔鹽表面張力的可靠性。在此基礎上，以KBr、LiBr、NaBr、CaBr2為基礎配制了4種不同組分的混合溴化鹽，測量了4種混合溴化鹽在不同溫度下熔體的表面張力，擬合得到了4種混合溴化鹽表面張力隨溫度變化的實驗關聯式。實驗結果表明4種混合溴化鹽的表面張力隨溫度升高呈線性下降，與已知熔體表面張力隨溫度變化規律一致。

引言熔鹽是一種高效傳熱工質，具有傳熱系數高、飽和蒸氣壓低、使用溫度范圍寬、成本低等優點，廣泛用于傳熱領域如節能技術、工業過程余熱回收、高效傳熱等方面。液相傳輸系數N表征著液態傳熱工質傳熱能力的高低，其值與傳熱工質相應溫度下的表面張力呈正比。因此表面張力是決定工質熱傳輸能力的關鍵因素，確定表面張力對傳熱工質的優選及應用具有科學意義。在熔鹽表面張力的理論研究方面，Janz等整合了多種單體熔鹽和部分混合熔鹽的表面張力數據，將熔鹽表面張力擬合為溫度的線性關聯式；文獻研究了熔鹽表面張力與其他熱物性參數之間的關聯性，涉及的熔鹽種類范圍較小，如研究對象限定于堿金屬鹵化鹽或常見高離子化熔鹽；Aqra建立了計算熔鹽表面張力的理論模型，計算結果與實驗值一致性較好；李志寶等提出了熔鹽表面張力的分子關聯模型，對多種二元混合熔鹽體系的表面張力進行了預測和關聯。

實驗研究方面，郭琦等對KNO3-NaNO2二元熔鹽體系的表面張力進行了實驗研究，結果表明該二元硝酸鹽體系的表面張力與溫度呈線性關系且隨溫度升高而減小。許文江等對氟鉭酸鉀及其混合熔鹽體系表面張力進行了實驗研究，實驗結果表明該混合熔鹽體系的表面張力大于單體氟鉭酸鉀熔鹽的表面張力。程進輝改進和研制了相關物性測量儀器，測量了6個典型的硝酸鹽、碳酸鹽、氯化鹽和氟化鹽體系的包括表面張力在內的熱物性參數，為這些熔鹽體系在傳蓄熱的實際應用奠定了基礎。盡管上述文獻對一些混合熔鹽隨溫度變化的表面張力進行了實驗研究，但范圍較小，特別是對本文研究的四元混合溴化鹽還沒有開展過實驗或理論方面的研究。

四元混合溴化鹽熔體表面層情況更加復雜，表面張力大小與溫度、各組分濃度等有關，尚無可靠的理論模型可以準確計算表面張力值，因此，對四元混合溴化鹽表面張力的研究仍然以實驗測量為主。熔鹽液態時屬于高溫熔體，高溫條件增加了測量的難度和復雜性。目前，測量熔體表面張力的方法主要有最大氣泡法、拉脫法、電磁懸浮法和靜滴法。拉脫法是通過測量與液體表面接觸的垂直圓筒（環）拉離液面時的最大拉力來計算表面張力。相對其他方法，拉脫法實驗設備簡單、數據處理方便，應用比較廣泛。因此，本文采用拉脫法對四元混合溴化鹽的表面張力進行實驗研究。

1實驗系統

1.1實驗系統組成與工作原理

為了提高搭建實驗系統的效率，本實驗系統以RTW-10型熔體物性綜合測定儀為基礎，對其進行改進以提高實驗測量精度。RTW-10型熔體物性綜合測定儀采用可控硅溫控系統控制電路加熱溫度，基于拉脫法原理進行熔體表面張力的測量。RTW-10型熔體物性綜合測定儀主要由測試系統、自動化模塊和加熱系統組成，測試系統由電子天平、拉筒、熔體坩堝、數據采集系統等組成，自動化模塊主要由控制電路板、升降臺等組成，加熱系統由交流電源、可控硅調壓器、溫度控制器、電加熱爐及熱電偶組成。

表面張力的測量需在恒溫狀態下進行。初期實驗發現該儀器的可控硅溫控系統對高溫下實驗測量結果影響較大，測量數據分散性較大，分析認為是溫控系統的周期性加熱在熔體內產生的不穩定對流影響的結果。為解決這一問題，用可調壓輸出的直流電源替換了原有的溫控器和可控硅調壓器，通過手動調節并恒定直流電源的輸出電壓控制電加熱爐的加熱功率，使電加熱爐在不同的加熱功率下達到不同的熱平衡溫度。在每一個熱平衡工況點，電加熱爐輸入直流電壓保持恒定，避免坩堝中熔體內部熱對流對實驗測量結果的較大影響。改進后的實驗系統如圖1所示，鉬筒底環平均半徑0.0065 m；剛玉坩堝高0.1 m，外徑0.05 m；坩堝內熔鹽液面高度0.04～0.05 m；直流電源型號為安捷倫N5771A；熱電偶型號為K型；數據采集模塊采用研華ADAM4000系列；電子天平型號為JD200-3，精度0.001 g；電加熱爐內徑0.06 m，外徑0.2 m，高0.3 m；變頻器型號為三菱D700。實驗系統實物如圖2所示。

圖1實驗系統

圖2實驗系統實物