ZnO纳米流体传热特性实验研究

摘要

纳米流体因其优良的传热特性而具有很大的潜在使用价值和商业竞争力，为了分析其换热性能，寻求换热能力良好的纳米流体，国内外学者分别对水
　　基纳米流体和乙二醇基纳米流体的换热性能进行了大量的实验研究和数值模拟研究，纳米流体的强化换热机理也得到了很大的发展。然而，这两类纳米流体因其不够理想的物性而受到很大的限制，尤其是受到导热性能、防冻性能和粘性的影响。另外，在纳米流体的传热研究中多以 CuO、Al2O3、TiO2等金属氧化物为添加物，因此，此类纳米流体已得到广泛的研究，然而很少有文献报道ZnO纳米流体的传热特性研究结果。因此，本文以乙二醇水溶液为研究对象，对乙二醇（Ethylene Glycol，简称：EG）/去离子水（Deionized Water，简称：DW）基 ZnO纳米流体进行了系统的实验研究，分析了该纳米流体的输运特性（导热系数和粘度）、自然对流特性和沸腾换热特性。
　　以聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinyl Pyrrolidone，简称：PVP）为分散剂制备了稳定的ZnO纳米流体，然后进行了该纳米流体的输运性质测量。实验结果指出 PVP和ZnO纳米颗粒添加的最佳质量浓度分别为2.12％和5.25%，ZnO-EG/DW纳米流体以其良好的热传导性能、较小的流动阻力、良好的防冻性能等优点而作为自然对流和沸腾换热实验研究的工质。
　　配制了不同乙二醇水溶液浓度的ZnO颗粒质量浓度为5.25%的ZnO-EG/DW纳米流体，测量了不同加热功率下该纳米流体的换热温差，通过计算结果分析了纳米流体的对流换热效果。结果表明，随着 EG浓度的增加，传热能力降低，同时，自然对流系数h、努赛尔特数Nu以及瑞利数Ra均随加热功率的增加而增加，实验范围内 ZnO纳米颗粒的存在弱化了EG/DW的自然对流能力。
　　最后，搭建了沸腾换热平台，研究乙二醇水溶液浓度和纳米颗粒浓度对ZnO纳米流体的沸腾换热特性的影响。结果表明：对于质量分数为5.25%的ZnO-EG/DW纳米流体，随着基液中 EG浓度的增加（DW的减少），热流密度减小。只有ZnO纳米颗粒的质量浓度＜~7.25%时，纳米流体才具有强化沸腾换热的能力，进一步增加纳米颗粒浓度削弱了沸腾换热能力。

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第1章 绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3本课题研究内容

1.4本章小结

第2章 ZnO纳米流体的物性测量

2.1引言

2.2纳米流体的制备

2.3导热系数测量装置及原理

2.4粘度测量装置及原理

2.5 ZnO纳米颗粒分析测试

2.6 PVP对ZnO纳米流体的影响

2.7 ZnO颗粒浓度对纳米流体的影响

2.8基液对ZnO纳米流体的影响

2.9本章小结

第3章 ZnO纳米流体自然对流特性

3.1引言

3.2实验装置及原理

3.3实验结果及讨论

3.4实验误差分析

3.5本章小结

第4章 ZnO纳米流体沸腾换热特性

4.1引言

4.2实验装置及原理

4.3实验结果及讨论

4.4实验误差分析

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其它成果

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