多壁碳纳米管-水纳米流体导热机理及重力热管实验研究

在考虑了纳米层的情况下对原有的Xue导热模型进行改进,研究多壁碳纳米管-水纳米流体的热传导性能,推导出纳米流体导热公式并将纳米流体运用到碳钢重力热管中,在不同质量分数下对单管传热进行实验研究。结果表明纳米层的存在提高了有效热导率;在相同条件下质量分数2%的多壁碳纳米管-水纳米流体重力热管传热性能最好,传热系数比普通水重力热管最大提高了40%。     

SiO_2-水纳米流体热管传热性能的实验研究

采用两步法制备颗粒粒径为15nm,体积分数分别为0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、1.0%、2.0%的SiO2-水纳米流体,并对该纳米流体作为工作介质的热管进行了传热性能实验研究。结果表明:SiO2-水纳米流体的热管具有良好的等温性能,传热性能明显高于水热管的传热性能(提高了1.35～1.70倍),热阻明显低于水热管的热阻(降低了0.58～0.74)。     

SiO_2-DW纳米流体重力热管传热性能试验研究

采用超声波细胞破碎仪制备了不同质量分数的SiO2-DW纳米流体,并以SiO2-DW纳米流体为工质在碳钢重力热管中进行了传热性能试验研究。结果表明,工质为质量分数1%SiO2-DW纳米流体的重力热管总传热系数比去离子水高5.6%~9.6%,传热性能增强。纳米流体热管平稳运行时,管壁温度低,分布平缓。以质量分数1%的SiO2-DW纳米流体为工质的重力热管换热器,总换热系数较普通水工质热管换热器提高1.63%~1.70%。     

SiO2-乙醇纳米流体重力热管传热性能的试验研究

在Maxwell所提出的关于悬浮液导热系数的模型的基础上考虑了布朗运动、纳米颗粒之间的团聚和固液界面液膜层内液体分子规则排列对纳米流体导热系数的影响,研究了SiO_2-乙醇纳米流体的热传导性能,推导出了纳米流体导热公式,在不同质量分数、不同充液率以及不同粒径下对单管传热进行试验研究。结果表明:改进后的模型导热系数比原模型更大;相同粒径和充液率的纳米流体,质量分数在1.5%时传热效果最好;相同粒径和浓度的纳米流体,充液率32%时传热效果最好;相同浓度和充液率的纳米流体,15～20nm的SiO_2纳米流体传热效果更高。纳米流体的传热系数随着纳米颗粒平均粒径的减小而增大,这与推导的模型结果相符合。     

纳米流体在热管中的换热特性实验研究

在分析热管散热原理的基础上自制一套CPU热管散热系统，研究在不同纳米流体浓度下热管散热性能的变化情况。通过实验比较和分析，得到热管的最佳纳米流体浓度，从而最大限度地提高热管的实际散热能力。通过实验制备出CuO-水纳米流体，将其作为热管工质，建立一套热管换热性能的测试实验装置，使用装置并对热管进行换热性能测试。实验的各种参数：充液率为50%；纳米流体质量分数（ω）分别为1%、1.2%、1.4%。并与以水为工质的热管进行换热性能的对比，通过对不同CuO纳米颗粒浓度的CuO-水纳米流体热管实验结果分析发现:热管内CuO-水纳米流体的热传输具有一定的特殊性,通过多组实验掌握这种特殊性的规律，可以在一定条件下使得纳米流体在热管中起到强化传热的作用。     

碳纳米管-导热油纳米流体导热与流变特性研究

纳米流体作为新型换热工质,是强化传热的有效途径。今用两步法制备碳纳米管-导热油纳米流体,实验研究流变及导热性能,分析碳纳米管长短、体积分数、温度、转速、SN比(活性剂与纳米颗粒质量比)等因素的影响。结果表明,导热率和黏度随体积分数提高而增大,但随温度升高而下降;碳纳米管长度短,黏度小;长度长,导热率高;体积分数为7%时,导热率提高50%。本研究制备流体都为假塑性流体,低转速下,黏度随SN比先减小后增大;导热率H-C模型中,形状因子n取7时与实验数据基本吻合,并据此提出适合本研究的导热率修正公式。     

Cu-水纳米流体重力热管传热研究

对粒径分别为50、80以及100nm的水基Cu纳米流体作为工质的重力热管的传热特性进行了试验研究。着重分析了水基Cu纳米流体的质量分数、纳米颗粒的粒径对重力热管对流传热系数的影响。试验发现,相同粒径的纳米流体,均在质量分数为0.5%时,传热效果最好;对于相同质量分数的纳米流体来说,50 nm Cu纳米流体的传热效果最好。     

两亲性纳米流体太阳能重力热管传热性能研究

针对石墨烯/水纳米流体的分散不稳定问题，采用化学方法制备了不含表面活性剂的改性石墨烯/水两亲性纳米流体，研究了以改性石墨烯/水两亲性纳米流体为工质的太阳重力热管在不同加热功率、安装角度和浓度下的热性能。结果表明，与去离子水相比，两亲性纳米流体可以降低热管的启动温度。在实验加热功率范围内，当加热功率相对较小时，两亲性纳米流体热管的热阻明显低于去离子水；随着加热功率的增加，热阻差异可以忽略。当安装角度相对较小时，其对蒸发段传热能力影响较大。当加热功率为20 W，纳米流体质量分数从0.1%增加到0.6%时，蒸发段传热系数下降了54.7%；当加热功率为40 W，纳米流体质量分数从0.1%增加到0.6%时，蒸发段传热系数下降了48.9%。     

氧化石墨烯重力热管传热性能研究

实验研究了在氧化石墨烯纳米流体质量分数为0,0.01％,0.05％,0.1％,0.2％时,50,60,70,80,90℃加热温度和50％,60％,70％,80％充液率对重力热管启动性能和传热特性的影响.实验结果表明:氧化石墨烯纳米流体质量分数越大,重力热管热阻越小;在加热温度为90℃、充液率为60％时,质量分数为0.2...     

多壁碳纳米管-水/乙二醇纳米流体在汽车散热器中的传热特性

实验研究了多壁碳纳米管（MWCNT）-水/乙二醇纳米流体在汽车散热器中的传热特性。在80%/20%的水/乙二醇基液中制备了5种不同体积分数（0.05%,0.1%,0.15%,0.3%和0.5%）的MWCNT纳米流体,通过研究超声波振荡时间对纳米流体稳定性的影响得出,超声波的振荡时间为1h时,纳米流体的稳定性较为良好。将体积分数为0.15%的纳米流体分别添加十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）作为分散剂进行稳定性实验,分别采用目测法和透射比法来评价纳米流体的稳定性,选出分散效果较好的分散剂种类和添加量并评价了两种纳米流体的稳定性,结果表明：CTAC的添加量为质量分数0.05%、SDBS的添加量为0.1%时,纳米流体的分散效果较好,并且CTAC的分散效果优于SDBS。分别使用单因素实验设计和正交实验设计对不同浓度的纳米流体在不同流速、温度下的传热特性进行分析,纳米流体的体积流量为2～6L/min,入口温度为45～65℃。结果表明,与基液相比,纳米流体的传热速率有了明显的提高,在本实验的最佳工况下（体积分数0.5％,6L/min,65℃）,传热速率可提升35.24%。使用熵值法计算出纳米流体的传热速率、压降和有效泵功的权重分别为0.626、0.035、0.340。基于多指标综合评价方法得出,与纳米流体的传热速率增加相比,纳米流体浓度对压降和有效泵功的不利影响可以忽略不计。     

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。     

石墨烯/去离子水纳米流体振荡热管传热性能

通过实验研究石墨烯（GNP）纳米流体振荡热管的传热性能,质量分数分别为0.01%、0.05%、0.08%和0.10%,充液率为45%~90%,加热功率为10~100 W。结果表明,充液率为45%时,GNP纳米流体可以缓解烧干;充液率为55%~70%,质量分数为0.01%具有较为明显的传热优势,其热阻最高可降低83.33%。GNP纳米流体改善PHP传热性能的原因主要是其热导率较高,表面润湿性能较好。     

翅片重力热管传热性能实验研究

热管是一种利用工质相变传热，具有传热温差小、热响应速度快、换热量大等优点的传热元件。为研究翅片重力热管的传热性能，实验测试了翅片重力热管与平板重力热管（铝-丙酮工质）的传热性能，比较了其瞬态热响应速率，获得了翅片与平板重力热管在蒸发段不同电功率稳定加热条件下表面温度沿高度方向的变化规律，计算了平板热管的等效热导率，并与铝板测量结果进行了对比。结果表明：重力热管传热速度快、表面均温效果好，热导率随功率的增大先升高后降低，整体上热导率高达纯铝的84~258倍，翅片热管相比于平板热管具有更好的均温性和散热效果，在建筑供暖、车载电池散热、余热利用等领域具有广泛的应用前景。     

基于反扰动非平衡分子动力学的纳米流体导热增强机理研究

相较于水、乙二醇等常规流体,纳米流体出色的传热效果使其成为近十年来研究的热点之一。利用一种反扰动非平衡分子动力学方法对纳米流体的导热增强机理进行了模拟研究。在基液Ar 中加入 Cu 纳米颗粒后, 纳米流体的热通量和热导率均发生了不同程度的改变,纳米颗粒体积分数的变化,在一定程度上改变了纳米流体内部的能量传递过程。进一步分析了纳米流体热导率强化的微观作用机理,发现纳米颗粒的加入,使得纳米流体的微观结构具有了类似晶体的微观结构特性,在颗粒尺寸较小的情况下,流体内部受温度梯度作用效应明显。     

利用3ω法同时测量纳米流体热导率和热扩散系数

提出了应用基于谐波探测技术的3ω法进行液体导热性能测量的方法。设计了3ω测试系统，测试了不同浓度和不同温度下纳米流体的热导率和热扩散系数，与文献中的测试结果进行了对比。实验中测试的热波信号较好地满足频域内的导热方程，说明采用交流电流加热可使流体的微对流作用得到有效减弱。采用基于多颗粒布朗运动的微对流（MSBW）模型预测了纳米流体的热导率。浓度比较低时TiO₂+蒸馏水、Al₂ O₃+蒸馏水纳米颗粒流体的热导率随温度增加呈线性增大，并且与液体的Prandtl数有关，在测试温度为18～65℃范围内，水的热导率随温度升高以及纳米颗粒的布朗运动所引起周围基液的微对流作用是纳米流体强化传热的两个重要机理。     

氧化铝有机纳米流体的流动传热基础特性

以氧化铝为纳米粒子、丙二醇和水为基础液体制备了氧化铝有机纳米流体,分别测量了它的沸点、热导率、比热容和黏度。以1％～5％（体积分数）的氧化铝纳米流体作为冷介质,测试了在车用机油冷却器中的传热系数和流动阻力。试验结果表明,纳米粒子能够显著强化基础液体在机油冷却器中的换热能力,粒子体积分数和流体温度是影响纳米流体热物性的重要因素。氧化铝纳米流体的沸点高于120℃,比热容随体积分数增加而降低,热导率、黏度和在机油冷却器中的传热系数均随粒子体积分数的增加而提高。在试验Ⅱ中,5％（体积分数）纳米流体的平均传热系数比基础液体提高了124.56％,而流动阻力增幅较小。     

粒径混合比对Al2O3/水纳米流体传热性能影响及评价

采用两步法制备体积分数为0.5%和1.0%的Al₂O₃/水纳米流体，研究20nm和50nm Al₂O₃纳米粒子的混合比对热导率和黏度的影响，并用c _μ/c _λ和Mo数来评价其综合传热效果，判断是否适用于实际传热过程。实验结果表明，有效热导率和相对黏度受团聚体尺寸影响较大。在体积分数为1.0%和混合比为50∶50时有效热导率的增幅最大，而混合比为（40∶60）～（60∶40）之间，相对黏度最低。这是因为此时团聚体的尺寸小，相应地沉淀速度慢，说明其分散性较好，形成局部粒子富集区，即“50nm固体粒子-20nm固体粒子-液体分子”的界面层，能产生高导热渗透通道及低热阻区，使热导率增大。在层流时，该纳米流体适用于实际传热过程中的范围为：体积分数0.5%和1.0%，混合比40∶60和50∶50，温度25～50℃。在紊流时，体积分数为0.5%和温度高于40℃时，混合比范围为(40∶60)～(60∶40)才适合使用此纳米流体。     

Heat transfer and flow behaviour of aqueous suspensions of titanate nanotubes (nanofluids)

Titanate nanotubes of an aspect ratio of ~ 10 are synthesized, characterised and dispersed in water to form stable nanofluids containing 0.5, 1.0 and 2.5 wt.% of the nanotubes. Experiments are then carried out to investigate the effective thermal conductivity, rheological behaviour and forced convective heat transfer of the nanofluids. The results show a small thermal conductivity enhancement of ~ 3% at 25 °C and ~ 5% at 40 °C for the 2.5 wt.% nanofluid. The nanofluids are found to be non-Newtonian with obvious shear thinning behaviour with the shear viscosity decreasing with increasing shear rate at low shear rates. The shear viscosity approaches constant at a shear rate higher than ~ 100-1000 s^− 1 depending nanoparticle concentration. The high shear viscosity is found to be much higher than that predicted by the conventional viscosity models for dilute suspensions. Despite the small thermal conduction enhancement, an excellent enhancement is observed on the convective heat transfer coefficient, which is much higher than that of the thermal conductivity enhancement. In comparison with nanofluids containing spherical titania nanoparticles under similar conditions, the enhancement of both thermal conductivity and convective heat transfer coefficient of the titanate nanotube nanofluids is considerably higher indicating the important role of particle shape in the heat transfer enhancement. Possible mechanisms are also proposed for the observed enhancement of the convective heat transfer coefficient.     

螺旋槽重力热管强化传热实验研究

为了提高重力热管的传热能力,用螺旋槽表面结构来强化重力热管传热,并以水为工质进行了传热特性实验研究。自制热电偶和热管并搭建实验设备,改变加热功率,测得在不同的蒸汽温度下的热管壁温。实验结果表明:以管内等效对流换热系数为评价指标,与普通重力热管相比,螺旋槽重力热管的对流换热系数提高了10%—23%,其中槽深和螺距对传热有很大的影响。     

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。