纳米流体-微槽道热管换热特性的实验研究

摘要

本文对轴向微槽道紫铜-纳米流体热管的传热特性进行了实验研究，着重分析了不同工作压力、不同工作角度、不同工质及浓度、充液率、冷却流量、轴向温度分布、最大传热量、总热阻以及蒸发段和冷凝段换热系数的影响。 实验结果表明，第一，CuO纳米颗粒浓度对水平放置的微槽道热管换热性能和最大热流密度都有明显的影响。实验发现CuO纳米流体和MWNT纳米流体在强化微槽道热管换热过程中存在最佳浓度。当CuO纳米颗粒在小于这一最佳浓度时，换热系数随浓度的增加而增加；浓度达到最佳之后，换热系数达到最大值；之后随着纳米颗粒浓度的进一步增加，换热特性发生恶化。在本实验中，CuO纳米流体最佳浓度为1.0wt％左右。当MWNT纳米颗粒在小于这一最佳浓度时，换热系数随浓度的增加而增加；当大于最佳浓度后，随着MWNT颗粒浓度的进一步增加，换热特性发生恶化。在本实验中，MWNT纳米流体最佳浓度为2.0wt％。在7.45kPa压力下，对1.0wt％的CuO纳米颗粒悬浮液，蒸发段换热系数最大提高75％，而最大热流密度最大可提高30％。纳米流体的蒸发段和冷凝段换热系数相对于水平均强化45％。MWNT颗粒浓度对微槽道热管换热系数和最大热流密度有明显的影响。在压力一定条件下，当颗粒浓度增加到2wt％左右时，蒸发段换热系数最大提高90％。在压力和颗粒浓度一定时，在低热流密度时，碳纳米管悬浮液基本没有强化作用，而随着热流密度的逐渐增加，碳纳米管悬浮液的强化作用越来越明显。 第二，运行压力对微槽道热管换热系数和最大热流密度有明显影响。压力越小，CuO纳米流体和MWNT纳米流体对换热的强化作用越明显。在低压条件下，CuO纳米流体、MWNT纳米流体可以显著的改善微槽道热管内换热特性，大幅度提高其换热系数，减小微槽道热管的热阻。 第三，微槽道热管的换热特性并非总是随着倾角的增大而增大，或随倾角的增大而减小，微槽道热管的传热特性在于水平面大约成750空间位置存在最佳值。 第四，充液量对水平放置的微槽道的热管的换热效果存在一定的影响，但影响不是很大。 第五，冷却水流量对微槽道热管的换热特性有明显的影响。由于热管相变换热起主导作用，冷却水流量的增加强化了对流换热，进而增强了热管内的相变换热，使得热管的壁面温度降低。 研究结果表明，纳米颗粒悬浮液在低压下运行，可以显著提高微槽道热管的换热特性。纳米流体是一种适用于微槽道热管的新型工质。