摘要：表麵張力的大小直接決定著熔鹽的熱傳輸能力。基於拉脫法測量表麵張力的原理，改進了測量高溫熔鹽表麵張力的實驗係統；以化學純LiNO3進行標定獲得了儀器係數，然後分別以NaNO3和Solar salt混合鹽驗證了實驗係統和拉脫法測量高溫熔鹽表麵張力的可靠性。在此基礎上，以KBr、LiBr、NaBr、CaBr2為基礎配製了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麵張力，擬合得到了4種混合溴化鹽表麵張力隨溫度變化的實驗關聯式。實驗結果表明4種混合溴化鹽的表麵張力隨溫度升高呈線性下降，與已知熔體表麵張力隨溫度變化規律一致。

引言熔鹽是一種高效傳熱工質，具有傳熱係數高、飽和蒸氣壓低、使用溫度範圍寬、成本低等優點，廣泛用於傳熱領域如節能技術、工業過程餘熱回收、高效傳熱等方麵。液相傳輸係數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麵張力呈正比。因此表麵張力是決定工質熱傳輸能力的關鍵因素，確定表麵張力對傳熱工質的優選及應用具有科學意義。在熔鹽表麵張力的理論研究方麵，Janz等整合了多種單體熔鹽和部分混合熔鹽的表麵張力數據，將熔鹽表麵張力擬合為溫度的線性關聯式；文獻研究了熔鹽表麵張力與其他熱物性參數之間的關聯性，涉及的熔鹽種類範圍較小，如研究對象限定於堿金屬鹵化鹽或常見高離子化熔鹽；Aqra建立了計算熔鹽表麵張力的理論模型，計算結果與實驗值一致性較好；李誌寶等提出了熔鹽表麵張力的分子關聯模型，對多種二元混合熔鹽體係的表麵張力進行了預測和關聯。

實驗研究方麵，郭琦等對KNO3-NaNO2二元熔鹽體係的表麵張力進行了實驗研究，結果表明該二元硝酸鹽體係的表麵張力與溫度呈線性關係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係表麵張力進行了實驗研究，實驗結果表明該混合熔鹽體係的表麵張力大於單體氟鉭酸鉀熔鹽的表麵張力。程進輝改進和研製了相關物性測量儀器，測量了6個典型的硝酸鹽、碳酸鹽、氯化鹽和氟化鹽體係的包括表麵張力在內的熱物性參數，為這些熔鹽體係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麵張力進行了實驗研究，但範圍較小，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麵的研究。

四元混合溴化鹽熔體表麵層情況更加複雜，表麵張力大小與溫度、各組分濃度等有關，尚無可靠的理論模型可以準確計算表麵張力值，因此，對四元混合溴化鹽表麵張力的研究仍然以實驗測量為主。熔鹽液態時屬於高溫熔體，高溫條件增加了測量的難度和複雜性。目前，測量熔體表麵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麵接觸的垂直圓筒（環）拉離液麵時的最大拉力來計算表麵張力。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麵張力進行實驗研究。

1實驗係統

1.1實驗係統組成與工作原理

為了提高搭建實驗係統的效率，本實驗係統以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矽溫控係統控製電路加熱溫度，基於拉脫法原理進行熔體表麵張力的測量。RTW-10型熔體物性綜合測定儀主要由測試係統、自動化模塊和加熱係統組成，測試係統由電子天平、拉筒、熔體坩堝、數據采集係統等組成，自動化模塊主要由控製電路板、升降台等組成，加熱係統由交流電源、可控矽調壓器、溫度控製器、電加熱爐及熱電偶組成。

表麵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矽溫控係統對高溫下實驗測量結果影響較大，測量數據分散性較大，分析認為是溫控係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矽調壓器，通過手動調節並恒定直流電源的輸出電壓控製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。改進後的實驗係統如圖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；坩堝內熔鹽液麵高度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係列；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。實驗係統實物如圖2所示。

圖1實驗係統

圖2實驗係統實物