氧化铜纳米流体的制备及其在热管中的应用研究

摘要

纳米流体的能量传递过程与其应用技术研究是纳米技术应用研究的重要一部分。通过长期以来对于纳米流体的研究发现，在液体中添加一定量的纳米粒子，可以有效提高液体的导热系数，从而起到强化液体传热性能的作用，并且不会造成传热设备的磨损或堵塞等不良的后果。
　　本研究旨在制备出一种传热性能优异的氧化铜/水纳米流体，并将其应用到传热领域，进一步拓展纳米技术在实际生产中的应用，探究纳米技术在热能工程应用领域中所存在的问题，推动未来对高效低阻紧凑型换热设备的进一步开发。本文主要研究工作如下：
　　（1）采用水热合成、共沉淀等制备方法成功合成出了六种不同形貌的氧化铜纳米颗粒——海胆状、稻草状、蚕蛹状、米粒状、花状、花环状。研究过程中选用不同的反应试剂，采用了不同的合成方法在适宜的反应条件通过控制反应溶液的PH值、温度、反应时间等影响因素合成了形貌可控的氧化铜纳米颗粒。利用扫描电子显微镜分析技术和X射线衍射分析技术对颗粒进行了表征，并据此推测典型的氧化铜纳米颗粒的形成过程及形成机理。
　　（2）利用单步法和两步法分别制备出了不同质量分数的悬浮性稳定、分散性良好的氧化铜/水纳米流体，并对其物性参数进行了测定。分析制备方法、颗粒属性等对纳米流体的悬浮稳定性、导热系数、表面张力的影响，结果显示：单步法制备的纳米流体悬浮稳定性较好，且导热性能也较为优异，比纯水的导热系数提高了约12.59％～81.96%；两步法制备的米粒状氧化铜/水纳米流体的表面张力变化最大，比纯水的表面张力提高了约1.9%。
　　（3）对以氧化铜/水纳米流体作为工质的有芯热管进行了封装，搭建了热管强化传热性能测试平台，探究了氧化铜纳米颗粒的加入量、热管的倾斜角度及加热温度对热管传热性能的影响，通过实验研究发现：热管中氧化铜纳米颗粒的质量分数越高、热管的倾斜角度越小、加热温度越高，热管的启动温度也就越高、启动时间也就越短，表明热管的强化传热性能也就越好。

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主 要 符 号 表

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 纳米材料

1.3 纳米流体

1.4 热管及热管技术

1.5 本文的主要研究内容、意义及创新点

第二章 不同形貌的氧化铜纳米颗粒的制备及表征

2.1 引言

2.2 实验原料及仪器

2.3 样品的制备过程

2.4 氧化铜纳米颗粒的结构及表征

2.5 典型氧化铜纳米颗粒的生长形成分析

2.6 本章小结

第三章 氧化铜纳米流体的制备及其物性参数的测定

3.1 引言

3.2 测试仪器及设备

3.3 氧化铜纳米流体的制备

3.4 纳米流体物性参数的表征

3.5 本章小结

第四章 氧化铜纳米流体在热管中的应用及其强化换热特性分析

4.1 引言

4.2 实验装置及实验方法

4.3 实验过程及结果分析

4.4 氧化铜纳米流体强化换热特性分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

附录