纳米流体的热物理特性研究

摘要

纳米流体是指将金属或非金属纳米粒子添加到水、醇、油等传统换热介质中，制备成的均匀、稳定、高导热的新型换热工质。目前研究表明纳米流体由于其高导热系数及流体中纳米粒子的特殊性质，显示了纳米流体在强化换热领域的广阔应用前景。 但是，在对纳米流体研究方面还存在着一些问题：1、不同研究人员的试验结果缺乏一致性，这说明存在一些潜在的因素影响着纳米流体的特性；2、如何高效制备分散稳定性好的纳米流体。 本文较为详细地研究了纳米流体的热物理特性，对纳米悬浮液的制备进行了探索性研究，找到了一种新的制备具有高稳定性能的纳米悬浮液的方法，在此基础上，对其粘度和导热系数进行了实验和理论研究，同时设计了研究纳米流体圆管内强制对流换热特性的实验方案。主要工作内容如下： 1 用化学一步法和高压微射流纳米分散仪制备纳米悬浮液，通过激光粒度分析仪和电子 显微镜(TEM)对其进行粒度表征，同时测定了悬浮液的zeta电位，对其进行稳定性 分析。实验表明，两种方法制备得到的纳米流体都具有很好的分散和稳定性能。 2 对纳米悬浮液的粘度进行实验研究，结果表明，纳米流体中粒子的尺寸是影响体系粘度的重要因素之一，建立了修正的实验关联式，与实验值吻合。 3 概述了当前纳米流体导热系数的测量方法，实验NNT纳米流体的导热系数，对纳米流体导热系数提高进行了机理分析，并建立了理论模型，模型计算结果与实验较为吻合。利用该模型分析了纳米粒子体积浓度、颗粒平均粒径、基液导热系数，颗粒导热系数，液膜层厚度等对纳米流体导热系数的影响。 4 建立了用于测量圆管内对流换热系数的实验系统，实验测量了两种不同粒子尺寸的 SiO2-水纳米流体和Al<,2>O<,3>-水纳米流体在不同体积分数下的对流换热系数。实验结果表明，在同Re条件下，两种流体的对流换热系数均随着颗粒浓度的增大而增大，并且粒子尺寸越小，增大幅度越大。 但是，在比较相同流速下SiO2-水纳米流体与水的对流换热系数时却观察到了对流换热降低的现象。粘度过分增大是导致同流速下对流换热下降的主要原因，过高的粘度抑制了纳米流体对流换热性能的提高。 分析了纳米流体对流换热性能变化的机理，认为纳米流体的粘度、纳米流体的导热系数和纳米颗粒的运动是影响纳米流体对流换热系数的三个主要因素。

目录

文摘

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第一章绪论

第二章纳米流体的制备研究及稳定性分析

第三章纳米流体粘度的研究

第四章纳米流体导热系数的实验研究

第五章纳米流体的导热机理及模型研究

第六章纳米流体对流换热的实验研究

第七章总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢