碳化硅纳米流体的制备、性能研究及应用

摘要

纳米流体是指以一定的方式和比例，在液体介质中添加纳米级的金属或非金属粒子形成的一类新型传热工质。高稳定性纳米流体的制备及其导热性能、流变性能和光热性能研究，对于纳米流体太阳能利用的研究具有重要意义;另外，换流阀的开发与研究逐步走向成熟，但是冷却问题却阻碍了其在超高压特高压直流输电中的应用。而纳米流体为解决这一问题带来了曙光。但是，目前在这一领域的研究还比较少。
　　本文用分散法制备了SiC纳米流体，通过XRD、TEM和沉降分析等方法研究了纳米流体的物相、形貌和稳定性。并对样品的流变性能、导热性能、光吸收性能和光热性能进行了研究;设计并搭建了晶闸管水冷散热器对流换热试验平台，研究了样品在IGBT散热器和晶闸管换流阀散热器上对流换热性能。研究结果表明:
　　1)通过分散法制备的水基和水/乙二醇冷却液基SiC纳米流体分散性好，稳定性高，样品可以稳定几个月而不发生分层现象。
　　2)、水基和水/乙二醇冷却液基SiC纳米流体近似为为牛顿型流体，二者的粘度均随固含量的升高而增大，随温度的升高而减小;水基SiC纳米流体的粘度明显小于水/乙二醇冷却液基SiC纳米流体的粘度。
　　3)、水基和水/乙二醇冷却液基SiC纳米流体的导热系数均高于相应基液的导热系数，二者的热导率均随固含量升高而增大，并且随温度的升高而增大，但其有效热导率基本不变。2wt％的冷却液基SiC纳米流体导热系数可比基液冷却液提高9.36％。
　　4)、SiC粉末在紫外区和近红外波段有较好的光吸收性能;SiC纳米流体的光透射率低于其基液的透射率，且随着SiC纳米流体固含量的升高，样品的光透射率降低;随着光程的增加而降低。
　　5)、SiC纳米流体的光热性能优于基液的光热性能。样品的光热性能随固含量的增大而增强，随功率的增大而增大。在1064nm波长的红光的照射下，功率为23mW时，3wt％SiC/H2O和SiC/coolant纳米流体分别升高了5.8℃和6.8℃，而基液水和冷却液分别升高了0.5℃和0.5℃。SiC纳米流体具有很好的光热转换性能，在太阳能利用中有很好的前景。
　　6)对于IGBT散热器和晶闸管换流阀散热器来讲，SiC纳米流体的热阻均低于基液的热阻，其冷却效果明显好于基液的冷却效果，且随着固含量的增加，热阻减小;随着流量的增加，热阻减小;随着功率的增加，热阻变大;并且石墨烯导热膏GK-1的冷却效果最好，在IGBT散热器和晶闸管换流阀散热器中比空气层时的热阻分别降低了56.7％和27.9％。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 纳米流体概述

1．2 纳米流体制备方法研究

1．3 纳米流体的稳定性研究

1．3．1 纳米流体的稳定机理

1．3．2 纳米流体稳定性的评价方法

1．3．3 提高纳米流体稳定性的方法

1．4 纳米流体的性能研究

1．4．1 纳米流体的流变性能研究

1．4．2 纳米流体的传热性能研究

1．5 纳米流体的应用

1．5．1 纳米流体在太阳能利用方面的研究

1．5．2 纳米流体在晶闸管换流阀中的应用

1．6 本文选题背景和研究内容

参考文献

第二章 SiC纳米流体的制备及性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验方法

2．2．4 样品的表征方法

2．2．5 样品的性能研究

2．3 结果与讨论

2．3．1 SiC的表征

2．4 水基SiC纳米流体的性能研究

2．4．1 水基SiC纳米流体的流变性能研究

2．4．2 水基SiC纳米流体的导热性能研究

2．5 水／乙二醇冷却液基SiC纳米流体的性能研究

2．5．1 样品的流变性能研究

2．5．2 样品的导热性能研究

2．6 水基和水／乙二醇冷却液基SiC纳米流体的比较

2．7 本章小结

参考文献

第三章 SiC纳米流体光热转换特性的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验方法

3．2．4 样品的性能研究

3．3 结果与讨论

3．3．1 样品的光吸收性能研究

3．3．2 SiC纳米流体的光热转换性能研究

3．4 本章小结

参考文献

第四章 SiC纳米流体在换流阀中的应用

4．1 引言

4．2 晶闸管水冷散热器热阻试验台的设计

4．3 实验部分

4．3．1 实验试剂

4．3．2 实验仪器

4．3．3 实验方法

4．3．4 样品的性能研究

4．4 SiC纳米流体在IGBT散热器中热阻的性能研究

4．4．1 系统达到稳态的时间

4．4．2 不同散热器的热阻的研究

4．4．3 基液对热阻的影响

4．4．4 涂层的影响

4．4．5 流量对热阻的影响

4．4．6 功率对热阻的影响

4．4．7 SiC加入量对热阻的影响

4．5 SiC纳米流体在晶闸管换流阀散热器中热阻的性能研究

4．5．1 体系对热阻的影响

4．5．2 涂层对热阻的影响

4．5．3 流量对热阻的影响

4．5．4 功率对热阻的影响

4．6 本章小结

参考文献

结论

致谢

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