温度对导热油粘度影响规律的研究

摘要

当前能源短缺，提高能源利用率来降低能耗成为重点，通常来说可以通过提高传热效率和降低流体流动阻力达到节能目的，而与其他传热介质相比，导热油具有热效率高、传热均匀和能耗低等优点，这使得导热油的发展非常迅速。在导热油加热系统中，粘度直接关系到泵的输送性、油的流动性和传热效果，且对普朗特数和雷诺数等物理参数有着重要的作用。粘度还可以判断导热油基础油的化学组成，粘度的变化可以说明导热油分子量和分子结构的变化，一般情况下，裂解使粘度下降，聚合与氧化使粘度升高，油品的组成分子越小，其粘度越低，油品也越稳定。因此，准确地把握温度对导热油粘度的影响规律具有非常重要的作用。　　本文围绕温度对导热油粘度影响规律的研究开展了一系列理论分析和实验研究工作。本文分析了导热油的基本特性，对其粘度特性进行了重点分析，利用毛细管粘度测量法，搭建导热油粘度测量实验平台，测量了不同温度下导热油的粘度，并对实验数据进行了处理分析。主要针对以下几个方面进行了研究。　　对导热油在高温下的特性变化进行了研究，发现一种类型的导热油具有较好热稳定性、抗氧化性和高闪点等优点，可以作为实验过程的传热介质，这种油即为硅油，闪点高达300℃，这样导热油粘度在高温下的测量问题得到解决。　　基于非牛顿流体与牛顿流体的一系列特殊流动效应，并针对导热油进行一连串实验操作，发现导热油可以认为是牛顿流体。导热油的粘度可以表现流变性，形成原因是流体分子的热运动和微团的相对运动使流体间产生摩擦力。　　导热油在加热过程中与氧气接触会发生物理化学变化，加热初期导热油分子发生重整粘度变小，并不会影响导热油整体表现，热稳定性达到最佳状态，但加热温度若超过一定的范围，导热油发生热裂解和缩聚反应，粘度反而加大。因此，实验过程中只要导热油处于合理的温度范围内，导热油与空气部分接触并不影响导热油粘度的测量。　　研究了导热油粘度影响因素，相对分子量越大，分子结构越复杂，导热油粘度也越大，导热油粘度还与压力相关，在本文实验中，导热油处于大气压状态下，因此压力对导热油粘度不会产生太大影响。固体颗粒及其体积分数会对导热油粘度产生影响，实验时要注意导热油的纯净，避免杂质的混入。　　搭建测量导热油粘度的实验平台，测量实验样品在不同温度下的粘度，将实验数据进行曲线拟合和回归分析。实验结果表明，温度对导热油粘度的影响具有明显的规律性，粘度与温度之间具有显著的变化趋势，随着温度的升高，粘度呈下降趋势。在低温范围内导热油的粘度较大，随温度的变化幅度较大，而在高温区域粘度较小，随温度的变化幅度小，说明导热油的低温流动性较差，高温流动性较好。利用各个粘温关系式，根据最小二乘法原理和G-N迭代法对实验数据进行回归分析，并将粘度的实验值和计算值进行对比，结果发现Walther公式的相关系数几乎接近于1，实验数据点的偏差率大多在1％左右，精确度极高，最适合描述温度对导热油粘度影响规律和两者之间的关系。另外，Yaws Carl L等人得出的公式也比较适合描述导热油的粘温关系。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外流体温度与粘度关系的实验研究

1.3 研究目的及意义

1.4 论文主要研究内容

第2章 导热油的粘度特性研究

2.1 导热油简介

2.2 粘度

2.3 导热油的流变性研究

2.4 影响导热油粘度因素分析

2.5 本章小结

第3章 导热油粘度测量及计算方法

3.1 粘度测定方法研究

3.2 导热油粘度测量实验系统

3.3 导热油粘度计算公式

3.4 实验数据的回归分析原理

3.5 本章小结

第4章 温度对导热油粘度影响规律的实验研究

4.1 实验测量结果的影响因素

4.2 导热油粘度特性研究

4.3 本章小结

第5章 结论及展望

5.1 全文总结

5.2 本文创新点

5.3 进一步的研究展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果及科研情况

致谢