论文部分内容阅读
换热介质的低导热性能，已经成为研究高效传热冷却技术的障碍。因此，需要从工质着手研发高换热性能的换热介质。纳米粉体添加到基液中配制成的纳米流体通常比基液具有更大的导热系数，其已经成为提高流体传热性能的有效途径。为方便工程应用需要知道其比较准确的热物性特性数据，考察纳米粉体的种类、浓度，分散剂的种类、浓度，温度，陈化时间等不同因素对纳米流体热物理特性的影响规律，本文的主要内容和结论如下：1.水基纳米流体的制备方案研究。选择了三种球形纳米粉体CuO、α-Fe2O3、γ-Al2O3，单壁碳纳米管：SWNT；选择了SDBS、SDS、HTAB、GA四种分散剂；选择几种不同的纳米粉体和分散剂质量比为4:1、2:1、4:3、1:1。配制了一系列纳米流体，并采用沉降观测法和紫外-可见分光光度法对其分散稳定性进行了研究。研究表明：要配制分散稳定性良好的纳米流体，对于不同的纳米粉体，合适的分散剂种类和加入量可能不同。2.水基纳米流体热物理特性的实验研究。考察了纳米粉体的种类、浓度，分散剂的种类、浓度，温度，陈化时间对其热物性的影响规律。结果表明：在纳米粉体浓度1.0~5.0g·L-1范围内，不管是球形水基纳米流体还是碳纳米管水基纳米流体的导热系数提高率与纳米粉体的浓度基本呈线性关系，但是其导热系数提高率与前人的研究结果相比都要小得多。不同的纳米粉体，对基液的导热系数影响不同。由于分散剂的种类对纳米流体的分散稳定性的影响不同，纳米流体的导热系数提高率的大小受分散剂的种类和其分散稳定性共同作用。在10~50℃温度范围内，温度对水基纳米流体的导热系数影响很大，温度越高，导热系数提高率越快。在10℃、30℃和50℃时，CuO/DIW纳米流体的导热系数相比新制备的纳米流体分别最大降低了0.20%、0.19%和0.48%，纳米流体的导热性能随着陈化时间有一定的退化。在其它条件相同的情况下，纳米流体的黏度随着纳米粉体浓度及分散剂浓度的增加而增加，随温度的增加而减小。纳米流体的黏度大于基液的黏度。在其它条件相同的情况下，纳米流体的密度都小于基液的密度，且随着纳米粉体浓度而增加，随着分散剂浓度的增加先增加再减小，随温度的增加而减小。3.水基纳米流体的热物理特性模型研究。对于球形纳米流体导热系数模型方面，将Maxwell模型、Yu&Choi模型、Wang模型、Kumar模型和实验值比较，并对Kumar模型进行改进。对于碳纳米管纳米流体导热系数模型方面，考虑到CNT的不同结构特性，建立适应于CNT水基纳米流体导热系数的预测方法。对于纳米流体黏度模型方面，将实验值与黏度模型值比较，得到实验值大于模型值。对于纳米流体密度模型方面，对实验值与两相流体的密度模型公式进行比较，得到实验值小于各模型值。