SiO2-水纳米流体热物性能及在热管中应用的研究

摘要

纳米流体是指以一定的比例和方式将纳米级的金属或非金属以及它们的氧化物固体颗粒添加在液体中，形成一类新型的传热工质。与传统的换热工质相比，纳米流体具其较高的导热系数，如果把纳米流体作为换热工质填充到热管中，会使热管的传热性能大大提高，将获得巨大的社会效益和经济效益，对我国的节能减排和环境保护意义重大。
　　 本文将SiO2纳米颗粒添加到基液水中，制备了悬浮稳定的SiO2-水纳米流体，并将其作为换热工质填充到热管中，制作了SiO2-水纳米流体热管。本论文旨在根据SiO2-水纳米流体制备过程探索确定其制备的最佳工艺及参数，并在此基础上研究SiO2-水纳米流体的热物理性能参数，分析诸多因素影响SiO2-水纳米流体的热物理性能的原因和作用机理;对SiO2-水纳米流体作为传热工质应用在热管中的传热性能进行实验，分析研究SiO2-水纳米流体热管在不同倾斜程度的条件下的传热性能并与去离子水热管的传热性能进行对比。本文主要内容如包括下几点:
　　 1、采用两步法制备了纳米颗粒粒径为15nm、30nm和50nm，体积分数为0.1％～0.5％的SiO2-水纳米流体，通过测量SiO2-水纳米流体的激光粒度、吸光度和zeta电位，分析表征了SiO2-水纳米流体的悬浮稳定性，在不添加分散剂和不调节pH值得条件下，确定了SiO2-水纳米流体最佳制备工艺为超声分散5小时，此时SiO2-水纳米流体的悬浮稳定性最好。
　　 2、对SiO2-水纳米流体热物理性能参数——粘度、导热系数、表面张力、润湿性与接触角、汽化潜热、沸点以及饱和蒸汽压进行实验测试，研究分析SiO2纳米颗粒体积分数、SiO2纳米颗粒的粒径和其他相关因素对SiO2-水纳米流体的热物性能参数的影响，并对相关的热物性参数作出机理解释。
　　 3、将SiO2-水纳米流体作为传热工质填充到铜质热管中，制作了SiO2-水纳米流体热管，对其在不同的倾斜程度条件下的传热性能进行了实验研究，并与去离子水热管进行比较，发现SiO2-水纳米流体热管比水热管的启动温度低、启动时间短、传热系数有较大提高、热阻降低幅度较大，倾斜30°放置时的总体传热性能较好。SiO2-水纳米流体适合作为传热工质填充到热管中，具有较好的传热性能。