八甲基三硅氧烷(MDM)/十甲基四硅氧烷(MD2M)混合物的热导率实验与分子动力学研究及其在高温有机朗肯循环系统中的应用

为解决高温有机朗肯循环(ORC)系统中工质热导率数据不足的问题，研究人员采用瞬态热线法和非平衡分子动力学(NEMD)模拟，系统研究了MDM/MD2M混合物在263.15–343.15 K和8 MPa条件下的热传导特性。实验建立了精度达1%的预测模型，验证了力场选择的合理性，为ORC系统工质筛选和传热优化提供了关键数据支撑。

　　

在能源转型与工业废热利用的背景下，高温有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle, ORC)技术因其卓越的热电转换效率成为研究热点。然而，这一技术的瓶颈在于工质选择——传统有机工质在高温下易分解产生腐蚀性副产物，而线性硅氧烷类物质如八甲基三硅氧烷(MDM)和十甲基四硅氧烷(MD₂M)因其优异的热稳定性和环境友好特性脱颖而出。但现有研究对这类混合工质的热导率认知仍存在显著空白，特别是在低温区(263.15–343.15 K)和不同配比条件下的数据严重缺失，这直接制约着ORC系统换热器的精确设计与能效提升。

针对这一关键问题，来自国内研究机构（根据基金编号推断应属重庆地区团队）的科研人员开展了系统性研究。他们采用瞬态热线法(THW)精确测量了五种配比(w_MDM=0–1.00)的MDM/MD₂M混合物在宽温区、高压条件下的热导率，并创新性地结合非平衡分子动力学(NEMD)模拟从微观尺度揭示传热机制。相关成果发表于《The Journal of Chemical Thermodynamics》，为硅氧烷工质数据库提供了重要补充。

关键技术包括：1) 瞬态热线法测定液相反常区间热导率；2) 构建基于温度-压力的经验预测模型；3) 采用COMPASS力场进行NEMD模拟；4) 通过稳态温度梯度验证模拟可靠性。

实验热导率数据

测量结果显示，所有混合物均呈现温度升高热导率递减、压力升高热导率递增的规律。其中w_MDM=0.50的混合物在300 K时热导率达0.128 W·m^-1·K^-1，较纯MD₂M提升约7%，证实组分调控可优化传热性能。

分子动力学模拟

NEMD预测值与实验数据平均偏差<3%，不仅验证了TraPPE力场对硅氧烷体系的适用性，更首次从分子尺度揭示了链段运动对热传导的贡献机制。

结论与意义

该研究建立了首个涵盖全配比、宽温区的MDM/MD₂M热导率数据库，提出的经验模型预测精度达工业应用标准(AA