石墨烯纳米悬浮液大容器淬火沸腾传热特性的实验研究

摘要

本文采用瞬态淬火法对石墨烯纳米悬浮液的大容器沸腾传热特性进行研究采用三步稀释法制备了五个不同浓度（质量分数范围1～100ppm）氧化石墨烯纳米悬浮液，通过表征所配试样的稳定性满足实验要求。
　　为了厘清不同浓度下石墨烯纳米悬浮液，在不同粗糙度、不同金属的沸腾表面和不同淬火次数等条件下的淬火沸腾特性，通过一系列的对比实验，分析后获得以下结论:
　　对光滑铜球镀镍表面，淬火工质中不同浓度氧化石墨烯纳米颗粒的添加一般能加快淬火冷却速度，提高沸腾临界热流密度(CHF)值。在实验范围内，最快淬火冷却过程发生在100ppm悬浮液中第2次淬火，淬火时间相较于在水中淬火缩短了约39％;而最大临界热流密度（CHFmax）值在50ppm的第3次淬火中得到，约为水中CHF值的111％。
　　对铜球不同粗糙度的镀镍表面，沸腾表面粗糙度增加，淬火冷却速率的改变趋势和悬浮液的浓度也有关;20ppm浓度下，M4表面（Ra806.0nm）在悬浮液中连续6次淬火之后再次在去离子水中淬火得到最快淬火冷却过程，淬火时间相较于最初沸腾表面直接在水中淬火缩短了约39％，CHFmax在M2表面(Ra214.3nm)第5次在悬浮液中淬火得到，此时的CHF值约为水中CHF值的118％;10ppm浓度下，M3表面(Ra574.3nm)在悬浮液中连续4次淬火之后再次在去离子水中淬火得到最快淬火冷却过程，淬火时间相较于最初沸腾表面直接在水中淬火缩短了约18％，CHFmax在P表面(Ra64.2nm)第2次在悬浮液中淬火得到，强化约为106％。
　　对铜球不同材料的表面，铜淬火后的表面在1ppm悬浮液中淬火冷却速率和CHF的强化都高于镍表面，铜淬火后的表面在悬浮液中第2次淬火得到最快的淬火冷却过程，淬火时间约为92s，CHFmax相较于在去离子水中淬火CHF强化约121％。
　　从本文实验结果中可以推测:沸腾表面纳米颗粒的逐次沉积致使沸腾表面结构方式变化，随着淬火次数的增加存在某一表面结构特别有利于沸腾换热，我们称之为极佳淬火表面（此时淬火体温度冷却最快）。极佳淬火表面的发现对实际应用中材料热处理等加快淬火冷却速度有重要指导意义。

目录

声明

致谢

摘要

主要符号表

1 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状分析

1．3 课题研究的主要内容

2 石墨烯纳米悬浮液及淬火实验系统

2．1 石墨烯纳米悬浮液的制备及表征

2．1．1 石墨烯纳米悬浮液的准备

2．1．2 纳米悬浮液的表征

2．2 瞬态淬火实验系统及实验方法

2．2．1 实验装置

2．2．2 实验方法

2．2．3 误差分析

2．3 本章小结

3 不同浓度石墨烯纳米悬浮液瞬态淬火沸腾换热特性研究

3．1 不同浓度石墨烯纳米悬浮液制备及稳定性

3．2 不同浓度石墨烯纳米悬浮液淬火沸腾换热特性比较

3．2．1 淬火沸腾曲线

3．2．2 临界热流密度(CHF)

3．3 本章小结

4 沸腾表面对石墨烯纳米悬浮液瞬态淬火沸腾换热特性研究

4．1 沸腾表面的表征

4．2 不同粗糙度表面下石墨烯纳米悬浮液沸腾换热特性比较

4．3 不同金属表面的石墨烯纳米悬浮液沸腾换热特性比较

4．4 本章小结

5 结论和展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作