水基SiO_2纳米流体沸腾换热特性

纳米流体作为新型换热介质可广泛应用于多个领域。现有研究结果表明导致纳米流体沸腾换热性能变化的因素主要在于纳米颗粒在换热表面的沉积、加热表面粗糙度、表面张力、内部能量传递、气泡形成条件等。对水基SiO_2纳米流体进行池沸腾实验研究,得到SiO_2/水纳米流体与纯基液-去离子水核态沸腾换热特性的区别,比较不同颗粒粒径对纳米流体换热特性影响。结果表明:对于低浓度纳米流体,添加纳米颗粒后流体的换热特性与纯基液在相同条件下进行核态沸腾时的换热特性有较大差异,不同粒径之间换热特性变化明显,随着粒径的增加呈非线性增长趋势,随着热通量增大纳米颗粒粒径对换热特性的影响趋势增大。     

改性SiO2纳米颗粒沸腾沉积层的形成原理及其沸腾换热

实验研究了改性SiO₂纳米流体液滴蒸发后的沉积图案,以及改性SiO₂纳米颗粒沸腾沉积层对沸腾换热的影响。液滴蒸发实验研究表明：改性官能团会影响改性SiO₂纳米颗粒是否吸附在液-气界面,从而推断出在沸腾过程中改性官能团对纳米颗粒沉积方式的影响。沸腾实验研究结果表明：用聚乙二醇基团改性的SiO₂纳米颗粒沸腾沉积层使加热面的平均粗糙度从160 nm大幅增长到977 nm,且能增强纯水的沸腾传热系数;而用磺酸基团改性的SiO₂纳米颗粒沸腾沉积层对加热面的平均粗糙度的改变不明显,只使其增大了60 nm,且恶化了纯水的沸腾传热系数。通过沸腾换热实验结果较好地验证了通过液滴蒸发实验推断出的沸腾过程中改性官能团对纳米颗粒沉积方式的影响。     

三角形微通道内纳米流体流动与换热特性

以去离子水为基液,通过两步法制备出粒子体积分数为0.1%的SiO₂、Al₂O₃、TiO₂纳米流体,并分别在流体内添加一定量的表面活性剂以提高其稳定性。利用紫外分光光度计和热物性分析仪,对3种纳米流体稳定性和热导率进行测试。此外,为研究纳米流体在三角形微通道内的流动与换热特性,利用红外热像仪观察通道底面温度分布。结果表明,表面活性剂会对纳米流体吸光度产生影响,且粒子会随着时间的增加逐渐团聚。纳米颗粒的添加可有效提高工质的热导率并强化对流换热,微通道底面温度明显降低,且均温性得到改善。3种纳米流体中,TiO₂纳米流体呈现出更加良好的导热和换热性能。     

δ-Al2O3-R141b纳米流体的池内核态沸腾传热特性

对δ-Al₂O₃-R141b纳米流体在0.1 MPa系统压力下进行了池内沸腾传热性能测试。沸腾表面为2000^#砂纸打磨的光滑紫铜表面,沸腾热通量为30～130 kW·m^-2,纳米流体的体积浓度为0.1%、0.01%、0.001%。实验表明纳米流体强化了沸腾传热特性,且强化倍数随着纳米流体浓度的增加而增大。体积浓度为0.1%时,沸腾传热系数比基液增大了50.2%。分析认为表面颗粒沉积是强化换热的主要因素,而接触角的变化在此可以忽略。与Rohsenow关联式相比较,纯液体和较低浓度的纳米流体的实验数据与关联式吻合较好,相对误差最大不超过13%,高浓度时吻合较差关联式不再适用。     

Nucleate pool boiling heat transfer of δ-Al2O3-R141b nanofluid on horizontal plate

对δ-Al₂O₃-R141b纳米流体在0.1 MPa系统压力下进行了池内沸腾传热性能测试。沸腾表面为2000^#砂纸打磨的光滑紫铜表面,沸腾热通量为30～130 kW·m^-2,纳米流体的体积浓度为0.1%、0.01%、0.001%。实验表明纳米流体强化了沸腾传热特性,且强化倍数随着纳米流体浓度的增加而增大。体积浓度为0.1%时,沸腾传热系数比基液增大了50.2%。分析认为表面颗粒沉积是强化换热的主要因素,而接触角的变化在此可以忽略。与Rohsenow关联式相比较,纯液体和较低浓度的纳米流体的实验数据与关联式吻合较好,相对误差最大不超过13%,高浓度时吻合较差关联式不再适用。     

添加纳米SiO2对四元溴化盐相变热物性的影响

熔点、熔化潜热和分解温度是熔盐传热蓄热材料的重要热物性参数。以分析纯NaBr、KBr、CaBr₂和LiBr配制四元溴化盐,分别将颗粒平均直径为10、20、50 nm的纳米SiO₂颗粒按一定含量分散入所配制四元溴化盐中配制得到25种不同含量和粒径的纳米SiO₂溴化盐,利用DSC法研究添加纳米SiO₂含量和粒径对四元溴化盐熔点、熔化潜热及分解温度的影响。结果表明,随着纳米SiO₂含量的增大,溴化盐的熔点先降低后升高,但变化范围较小;熔化潜热先升高后逐步降低,变化较大。添加10 nm SiO₂颗粒含量为质量分数1.5%时,最大熔化潜热为47.06 J·g^-1,提高89.6%;添加10 nm SiO₂颗粒含量为质量分数0.7%时,最高分解温度为876.3℃。     

二氧化铈/水基纳米流体核沸腾传热特性

对CeO₂纳米流体进行了池沸腾传热特性研究，考察了CeO₂/水基纳米流体的热导率，静态接触角以及沸腾后表面沉积情况对沸腾传热的影响。结果表明，CeO₂纳米流体可提高沸腾传热系数，且纳米流体最佳质量分数为0.05％，其沸腾传热系数较去离子水提高36%。热导率以及接触角随纳米流体质量分数的增加而增加，在本实验范围内，热导率最大增加1%；而纳米流体接触角从50.5°增加到92.9°；表面沉积随纳米流体的质量分数增加越来越明显，去离子水在沉积表面的接触角发生较大变化（51.4°~134.4°）。纳米流体的热导率影响可忽略不计；而接触角和沸腾表面颗粒沉积对纳米流体的强化传热作用影响较大。     

纳米SiO2/MF复合微球的制备与性能研究

采用沉淀聚合法由纳米SiO₂、三聚氰胺、甲醛共聚制备了纳米SiO₂/三聚氰胺甲醛(MF)复合微球,通过光学显微镜和扫描电子显微镜观测以及热重分析和上清液中SiO₂的含量测定研究了反应时间、反应温度、催化剂以及纳米SiO₂粒径对复合微球外观及性能的影响。结果表明,最佳反应条件为：反应时间4 h,反应温度80℃,采用硝酸为催化剂。随着纳米SiO₂粒径的增大,纳米SiO₂/MF复合微球的粒径逐渐变小。纳米SiO₂可显著增强MF微球的热稳定性,扩大其在木材复合材料和其他行业的应用范围。     

羟基化多壁碳纳米管/R141b纳米流体核沸腾

向多壁碳纳米管引入羟基基团,改善了其在制冷剂R141b中的分散性和稳定性。同时研究了不同质量分数纳米流体热导率、表面颗粒沉积、接触角变化对核沸腾传热性能的影响。结果表明:羟基化碳纳米流体强化沸腾传热,强化率随质量分数的增加而增加,沸腾后期有所下降。在测试浓度范围内,质量分数为0.05%,热通量为87.4 kW·m^-2时,强化率达到最大168%。流体的热导率随着质量分数的增加而增大,质量分数为0.10%时其热导率是纯R141b的1.18倍。分析认为:纳米流体热导率的增加、表面沉积颗粒及纳米颗粒扰动是强化传热的主要影响因素,接触角变化的影响可忽略不计。结论由质量分数为0.03%纳米流体沸腾过程高速成像得到验证。     

添加纳米MgO和SiO2颗粒对二元碳酸盐(Li2CO3-K2CO3)比热容的影响

熔盐作为一种新型传热工质,由于其液体使用范围宽,比热容相对较高,蓄热能力强,已被广泛应用于聚热太阳能电站的储热传热介质,而通过增强熔盐的比热容可以显著提高其储热密度。将纳米SiO₂和MgO颗粒分别均匀分散到二元共晶碳酸盐（Li₂CO₃-K₂CO₃）中,制备出两种稳定的纳米流体,采用差式扫描量热法（DSC）分析纳米颗粒对熔盐比热容的影响。实验结果显示,添加20 nm的纳米颗粒对碳酸盐的比热容有显著影响：通过添加纳米MgO和SiO₂颗粒,纳米熔盐比热容相比基盐分别平均提高了27.5%～34.1%,11%～20.7%。经过多个固-液循环后,测得两种纳米流体的比热容变化率均低于4.31%,且具有良好的热稳定性。采用电子扫描显微镜表征纳米流体的微观结构,纳米流体在固态时的SEM图像显示在熔盐表面形成了特殊的纳米结构。     

恒热流直管中纳米流体对流传热的实验研究(英文)

In this work, the laminar convective heat transfer performance and the pressure drop of water-based nanofluids containing Al2O3, TiO2 and SiO2 nanoparticles flowing through a straight circular tube were experimen-tally investigated. The experimental results showed that addition of small amounts of nano-sized Al2O3 and TiO2 particles to de-ionized water increased heat transfer coefficients considerably, while the SiO2 nanofluids showed the opposite behavior attracting the authors’ interests. An average of 16%and 8.2%increase in heat transfer coefficient were observed with the average of 28%and 15%penalty in pressure drop for Al2O3 and TiO2 nanofluids.     

不同磁场作用下Fe3O4/water纳米流体层流流动对流传热系数的实验研究

对体积分数为3%的Fe₃O₄/water纳米流体在不同温度、不同磁场大小和方向的均匀磁场和梯度磁场作用下的对流换热进行了详细的实验研究。首先,开展了纳米流体能量方程的量纲1分析,讨论了纳米流体强化换热的机理。发现磁性纳米粒子所受到的磁力远远大于布朗运动力。实验测试结果与量纲1分析相吻合,在垂直均匀磁场作用下,纳米流体层流流动的平均对流传热系数提高了5.2%;在垂直梯度磁场作用下,平均对流传热系数提高了9.2%。而在水平均匀磁场作用下,纳米流体平均对流传热系数下降了4.8%。另外,随着温度的升高,对流传热系数均逐渐升高。     

纳米颗粒及分散剂对TETA溶液吸收CO2的影响

为探究纳米颗粒对TETA溶液吸收CO₂的影响及分散剂对纳米流体吸收CO₂的促进效果,采用两步法配制了不同纳米颗粒种类及粒径、不同震荡时间、不同TETA浓度、不同纳米颗粒固含量和不同分散剂固含量及种类的纳米流体,搭建TETA溶液鼓泡吸收CO₂试验台,分别测试了不同工况下制备的纳米流体对CO₂的吸收情况,并与空白TETA溶液进行对比。结果表明,纳米流体的脱除率增强系数随着纳米颗粒质量分数的增加而先提升后降低,粒径较大的纳米颗粒具有较好的传质性能,大尺寸可以减少相对表面积和能量,使得纳米颗粒的表面和量子尺度效应减弱;CO₂吸收速率在初始阶段随着超声破碎时间的增加而提升,但超声破碎时间超过1 h,吸收速率减缓;TETA浓度及纳米颗粒固含量影响试验中,随着浓度及固含量上升,脱除率增强系数均呈现先升高后降低的趋势,存在最佳值。综上,在浓度1 mol/L的TETA中添加固含量0.1%、粒径60 nm的TiO₂,经超声震荡1 h后对CO₂的吸收效果最好,脱除率增强系数最高可达1.9。以TiO₂-TETA-H₂O纳米流体为基液在其中添加C-Na、SDBS、X-100等分散剂时,由于TiO₂颗粒表面带正电荷,分散剂类型对TiO₂-TETA-H₂O纳米流体稳定性的影响大致呈现以下趋势:阴离子型>非离子型>阳离子型,且以双电子层理论为依据,添加阴离子型分散剂C-Na的质量分数为0.1%时对阳离子型纳米流体TiO₂-TETA-H₂O的稳定效果最好。     

Influence of heat flux and Reynolds number on the entropy generation for different types of nanofluids in a hexagon microchannel heat sink

Based on the Second Law of Thermodynamics, the entropy generation is studied for laminar forced convection flow of different nanoparticles(Al_2 O_3, CuO and SiO_2) mixed with water through a hexagon microchannel heat sink(HMCHS). The effects of different heat fluxes and Reynolds numbers on the entropy generation for different nanofluids, volume fractions and nanoparticles diameter are investigated. The heat flux is in the range of 125 to 500 kW·m~(-2) and the Reynolds numbers vary between 200 and 1500. The thermal, frictional and total entropy generations are calculated by integrating the volumetric rate components over the entire HMCHS. The results clearly show that the rise in the heat flux leads to an increase in the thermal entropy generation for nanofluids and pure water but they don't have any influence on the frictional entropy generation. Moreover, when the Reynolds number increases, the frictional entropy generation increases while the thermal entropy generation decreases. The results revealed that at low heat fluxes and high Reynolds numbers, pure water gives the lowest entropy generation, while at high heat flux the nanofluid has to be used in order to lower the overall irreversibility.     

聚多巴胺修饰纳米SiO2颗粒

纳米SiO₂颗粒粒径小、比表面积大,广泛用做填料、涂料、催化剂等。由于纳米SiO₂颗粒表面能高、亲水性强、易团聚、在聚合物基体中的分散性差,需要对其表面修饰改性。多巴胺（DA）分子具有类似贻贝分泌的黏附蛋白的结构单元儿茶酚和活性基团氨基,在碱性条件下,通过氧化自聚可在多种材料表面沉积,形成富含活性基团的聚多巴胺（PDA）包覆层,可进行二次修饰,是近期发展的一种新型表面修饰方法。本文针对纳米SiO₂颗粒表面的PDA功能化修饰,分析了该修饰方法的工艺特点及优势,阐述了SiO₂@PDA纳米颗粒及SiO₂/PDA共聚复合颗粒的制备路线及应用,总结了SiO₂@PDA颗粒表面二次功能化修饰的研究进展。分析表明,SiO₂@PDA表面易于接枝功能化聚合物分子,并可负载功能纳米颗粒,有利于拓展SiO₂纳米颗粒的多功能应用。关于多巴胺与SiO₂纳米颗粒的表面反应机制、沉积动力学、聚合机理等仍需进一步研究。     

纳米流体沸腾传热研究进展

介绍了纳米流体沸腾传热的最新研究,从纳米流体特性和沸腾表面特性两个方面阐述纳米流体沸腾传热的作用机制,指明纳米颗粒和沸腾表面特性以及两者之间的交互关系是目前研究结果存在分歧的主要原因。对纳米颗粒在制冷系统中的应用基础研究进行了展望,并指明了纳米流体沸腾传热的研究方向。