纳米颗粒对脉动热管传热性能影响的实验研究

摘要

十八大报告提出我国要建设海洋强国，未来一定有更多的电子元器件被运用到现代化大型船舶中。由于电子元器件运行温度的升高会影响其可靠性，所以对这些电子元器件的散热成为很重要的课题。近年来脉动热管尤其是纳米流体脉动热管的出现被称为解决狭小空间高热流密度散热的有效手段之一。将纳米颗粒添加到脉动热管中已成为国际上的研究热点，但是其管内包含汽固液混合的流动和传热，使其运行规律和机理变得特别复杂。
　　本文从实验和机理两方面展开了SiO2纳米颗粒对脉动热管传热性能影响的相关研究。在实验方面，主要研究了加热功率、倾斜角度、纳米流体浓度以及纳米流体悬浮特性对脉动热管传热性能的影响;在机理方面，从SiO2纳米颗粒对脉动热管内壁表面的改性，分析了其对脉动热管传热性能产生影响的机理。通过上述工作，主要得出如下结论:
　　(1)加热功率升高会使纳米流体脉动热管的传热性能提升。
　　(2)纳米流体脉动热管对倾斜角有很强的依赖性;在30°至60°的范围之间，存在一个最佳倾斜角度使纳米流体脉动热管的启动性能最佳。
　　(3)由于纳米流体的悬浮特性，静置一段时间后再启用的脉动热管的初始传热性能较差，但是经过一段时间运行之后，传热性能又会恢复到了未静置的水平。
　　(4)SiO2纳米颗粒对脉动热管传热性能有强化作用主要是因为SiO2纳米颗粒对脉动热管蒸发段内表面进行了修饰改性，使得接触角减小（从实验初期的78.8°下降到实验后期的14.1°）、润湿性能增强，进而使得蒸发段蒸发量增加。
　　(5)在倾斜角为0°的工况下，SiO2纳米颗粒的加入对脉动热管的传热性能起到了恶化作用。主要原因是脉动热管水平放置时，纳米流体粘度的升高（在50℃时，0.6wt％SiO2纳米流体的粘度比水的粘度增大16.63％）造成工质回流克服的阻力功增大，使得脉动热管的热量不能快速从蒸发段传递到冷凝段，从而导致脉动热管的温差和热阻增大，传热性能下降。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 传统热管

1．2．1 传统热管的简介

1．2．2 传统热管的工作原理

1．2．2 传统热管的分类

1．2．2 传统热管的应用

1．3 脉动热管

1．3．1 脉动热管的简介

1．3．2 脉动热管的研究现状

1．4 纳米流体脉动热管

1．4．1 纳米流体的介绍

1．4．2 纳米流体脉动热管

1．5 本文研究的主要内容

第2章 脉动热管实验台设计和实验方法

2．1 脉动热管的参数选定

2．2 实验装置及实验步骤

2．2．1 测试系统实验装置介绍

2．2．2 实验过程简介

2．3 实验误差分析

2．4 本章小结

第3章 纳米颗粒对脉动热管传热性能影响的实验结果

3．1 以水为工质的脉动热管的实验结果

3．1．1 启动特性

3．1．2 热阻特性

3．1．3 温差特性

3．2 纳米流体脉动热管的实验结果

3．2．1 以0．1wt％SiO2纳米流体为工质的脉动热管实验结果

3．2．2 以0．3wt％SiO2纳米流体为工质的脉动热管实验结果

3．2．3 以0．6wt％SiO2纳米流体为工质的脉动热管实验结果

3．3 对比分析

3．3．1 加热功率对纳米流体脉动热管传热性能的影响

3．3．2 倾斜角对纳米流体脉动热管传热性能的影响

3．3．3 纳米流体浓度对脉动热管传热性能的影响

3．3．4 纳米流体悬浮特性对脉动热管传热性能影响

3．4 本章小结

第4章 实验结果分析与讨论

4．1 纳米颗粒对脉动热管内壁的改性

4．1．1 接触角

4．1．2 表面形貌

4．1．3 纳米流体热物性

4．2 机理分析

4．2．1 纳米颗粒对脉动热管传热性能的强化作用

4．2．2 纳米颗粒对脉动热管传热性能的恶化作用

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介