纳米流体增强导热系数机理的探究

摘要

纳米流体热物性的研究作为一门新兴交叉学科已经发展了20余年，诸多研究者发现绝大部分纳米流体具有导热系数明显增强的特性，相继提出并丰富了各种纳米尺度下流体的导热机理。然而至今仍没有理论能够准确的解释Au-H2O这类体积分数极低的纳米流体导热系数极大增强的现象。
　　通过对各国学者对纳米流体导热系数强化的不同机理的研究，本文提出假设，对于纳米金（溶胶）这样具有极低体积分数的纳米流体来说，其导热系数主要受颗粒团聚和布朗运动影响，即导热系数动态项，而二相流体的基底导热系数，即静态项，影响几乎为零。因此提出一种极低分数纳米流体导热算法模型:利用分形理论模拟纳米颗粒分布来解释团聚物对纳米流体导热系数的影响，通过盒子计数法(box-counting)在实验得到的TEM图像中计算得出分形维数Df，从而确定纳米颗粒在液相中的分布情况，再利用一组随机数确定在液相中分布的团聚物尺寸，导入到颗粒微对流传热模型中来还原导热系数的动态项，最后利用修正因子f（φ，t）对导热系数加以修正。
　　该算法模型充分考虑了团聚、颗粒分布、布朗运动形成的微对流、温度对颗粒和基液分子布朗运动影响以及颗粒扩散等因素对纳米流体导热系数的影响，能够准确预测出Au-H2O纳米流体导热系数增强的趋势，理论预测值与绝大部分现有实验数据最大偏差不超过1.5％。研究发现，对这类极低浓度纳米流体而言，温度对其影响大于体积分数和粒径的影响，且呈指数形式增长。该模型不仅为解释纳米流体导热强化提供了新思路，还为纳米流体强化传热性质的应用提供了理论基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 实验研究现状

1．2．2 机理研究现状

1．3 本文工作简介

1．3．1 纳米流体导热系数的数学模型

1．3．2 实验方面的研究

第二章 纳米金流体导热系数研究

2．1 研究对象的选取

2．2 纳米金流体静态导热系数模型

2．3 纳米金流体动态导热系数模型

2．3．1 颗粒布朗运动引起的微对流换热模型

2．3．2 纳米颗粒团聚分形模型

2．3．3 导热系数的修正

第三章 纳米金流体的制备、表征和导热系数测量

3．1 引言

3．2 纳米金流体的概述

3．3 金溶胶的制备试验

3．3．1 试剂与仪器

3．3．2 溶液的配制

3．3．3 制备步骤

3．4 金溶胶颗粒表征

3．4．1 实验结果讨论

3．5 双热线法测量纳米流体导热系数

3．5．1 液体导热系数的测量概述

3．5．2 热线法的模型

3．5．3 热线法的机械部分

3．5．4 热线法电气部分——电压信号采集系统

3．6 导热系数实验结果

第四章 导热系数增强TCE理论模型与实验对比分析

4．1 引言

4．2 模型对比

4．3 模型计算前的物理量拟合

4．3．1 运动粘度

4．3．2 普朗特数

4．4 纳米金流体导热系数强化的影响因素

4．4．1 随机数个数对模型预测可靠性的影响

4．4．2 分形维数对TCE的影响

4．4．3 粒径对TCE的影响

4．4．4 温度对TCE的影响

4．5 导热系数的修正

4．6 模型与实验分析对比

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢