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%。     

石墨烯纳米片-水纳米流体重力热管的传热性能实验研究

制备不同充液率和质量分数的石墨烯纳米片-水纳米流体,并以石墨烯纳米片-水纳米流体作为工质,分别应用于玻璃热虹吸管和碳钢重力热管中进行重力热管传热性能实验研究,先后进行可视化实验、传热实验和启动性能实验。从可视化实验可知,加入分散剂、石墨烯纳米片的纳米流体其蒸发量大并且可以改善玻璃热虹吸管的间歇沸腾;传热实验中,30%充液率下0.250%质量分数的石墨烯纳米片-水重力热管的传热性能最好,相较于纯水重力热管输出功率最多能提高8%,传热系数最多可提高15.4%;在启动性能实验中,相对于纯水,纳米流体到达冷凝段花费时间长、冷凝段温度低,纯水重力热管启动速度更快。     

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。     

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。     

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)。     

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。     

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%。     

碳纳米管-水纳米流体的光热转化特性

通过两步法配制了浓度范围0.0015%~0.1%（质量,下同）的多壁碳纳米管（MWCNT）-水纳米流体,并利用分光光度计对不同浓度、静置时间和加热次数下纳米流体在波长200~2000 nm范围内的透射率进行了测试。同时,还对上述纳米流体开展了闷晒实验,研究了浓度和光照次数对纳米流体光热转换性能的影响。结果表明,水中添加MWCNT后透射率明显下降,纳米流体的透射率随着静置时间的增加而减小,加热有利于提高纳米流体的吸光性能;同时,闷晒实验发现存在利于光热转化的MWCNT-水纳米流体最佳浓度（0.01%）,光照45 min后与水相比最佳浓度下的纳米流体温升提高了约15.1℃（或22.7%）。另外,纳米流体浓度较低时其光热转换性能随着光照次数的增加而提高,但浓度较高时则刚好相反,纳米颗粒团聚作用可能是造成上述结果的主要原因。     

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。     

碳纳米管-水纳米流体的光热转化特性

通过两步法配制了浓度范围0.0015%~0.1%(质量,下同)的多壁碳纳米管(MWCNT)-水纳米流体,并利用分光光度计对不同浓度、静置时间和加热次数下纳米流体在波长200~2000nm范围内的透射率进行了测试。同时,还对上述纳米流体开展了闷晒实验,研究了浓度和光照次数对纳米流体光热转换性能的影响。结果表明,水中添加MWCNT后透射率明显下降,纳米流体的透射率随着静置时间的增加而减小,加热有利于提高纳米流体的吸光性能;同时,闷晒实验发现存在利于光热转化的MWCNT-水纳米流体最佳浓度(0.01%),光照45min后与水相比最佳浓度下的纳米流体温升提高了约15.1℃(或22.7%)。另外,纳米流体浓度较低时其光热转换性能随着光照次数的增加而提高,但浓度较高时则刚好相反,纳米颗粒团聚作用可能是造成上述结果的主要原因。     

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%。     

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。     

小倾角自湿润纳米流体重力热管传热特性

以质量分数为0.01%的氧化石墨烯分散液和质量分数为0.5%的正丁醇水溶液按3∶4的体积比混合后的混合溶液为工质,对小倾角下不同加热功率的重力热管传热特性进行分析,并与正丁醇溶液和去离子水的传热特性做对照。结果表明：在小倾角下氧化石墨烯的加入能够减小自湿润流体热管的传热热阻,但其强化作用与加热功率相关;低加热功率下氧化石墨烯的强化作用并不明显,当加热功率为20—120 W时氧化石墨烯的强化作用较为明显,当加热功率超过120 W后,氧化石墨烯的强化作用逐渐减弱。在正丁醇质量分数不变的情况下,当加热功率小于120 W、氧化石墨烯质量分数小于0.06%时,氧化石墨烯质量分数越大热管热阻越小,氧化石墨烯质量分数大于0.06%时热阻反而增大。当加热功率大于120 W后,质量分数越高热管热阻就越大。     

氧化铜-碳纳米管/水混合纳米流体的光热性能

采用微波加热法制备了氧化铜(Cu O)/水纳米流体,并在质量分数0~0.25%的Cu O/水纳米流体中添加不同质量分数的多壁碳纳米管(MWCNT)得到Cu O-MWCNT/水混合纳米流体。借助分光光度计测试比较了不同浓度的Cu O/水纳米流体和混合纳米流体的透射率随波长变化的情况,并通过闷晒实验对比研究了上述纳米流体的光热转换性能。结果发现,Cu O/水纳米流体的透射率随着Cu O质量分数的提高而下降,添加MWCNT可显著降低Cu O/水纳米流体的透射率,混合纳米流体具有更好的光谱吸收特性。Cu O/水纳米流体的光热转换性能随着Cu O质量分数的提高而增强,与水相比光照45min后0.25%的Cu O/水纳米流体温升提高了9.2℃。混合纳米流体的光热转化效果优于单一成分的Cu O/水或MWCNT/水纳米流体,且与浓度大小密切相关:两种纳米材料浓度较低时,相互混合利于光热转化性能的提高;而当浓度较高时,添加某种纳米材料虽可以提高其光热转换性能,但添加浓度存在最佳值。本实验中,当Cu O质量分数为0.05%和0.1%时,添加MWCNT的质量分数不宜超过0.005%;而当Cu O质量分数继续增大为0.25%时,添加MWCNT质量分数不宜超过0.0015%,且存在最佳浓度。     

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。     

低浓度Al_2O_3-水纳米流体制备及导热性能测试

采用两步法制备低浓度Al_2O_3(40 nm)-水纳米流体,其体积分数为0.1%～0.5%.制备过程中不加分散剂,采用超声振动,并对其进行Zeta电位、粒度和吸光度测试表征其悬浮稳定性,结果表明当超声时间为3 h时,Al_2O_3-水纳米流体悬浮稳定性最好.进一步测试其导热系数,结果表明Al_2O_3-水纳米流体的导热系数均高于水的导热系数;室温下(17 ℃)当体积分数从0.1%增加到0.5%时,其导热系数从5.40%增加到17.9%.对于体积分数为0.2%的Al_2O_3-水纳米流体,当温度从17 ℃增加到57 ℃时,相应的导热系数从7.23%增加到23%;实验还发现纳米流体导热系数与纳米粒子的体积分数和温度均呈非线性关系.     

表面活性剂分散多壁碳纳米管机理及性能评价

十二烷基硫酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、壬基酚醚璜基琥珀酸单酯二钠盐(HT A-103)、辛基酚聚氧乙烯醚(OP-10)分别与质量分数为0.1％的多壁碳纳米管(MWCNTs)复配,制备出4种表面活性剂-MWCNTs分散体系.利用UV-Vis光谱、Zeta电位及SEM对其分散性进行了评价,分析了各类表...     

多壁碳纳米管分散性研究

通过对多壁碳纳米管的改性研究,寻找提高碳纳米管分散性的途径。采用NaOH对碳纳米管进行预处理,通过SEM、DSC分析表明,该处理过程对去除多壁碳纳米管中杂质和提高其分散性有积极效果。通过H2SO4和HNO3的混酸处理法与HNO3处理法的对比,知前者对碳纳米管的损失要大于后者,且通过对FTIR的对比分析,后者对碳纳米管的改性效果好于前者。TG、TEM分析表明,聚乙烯醇均匀包覆在碳纳米管表面,碳纳米管分散性较酸处理的有所改进。     

基于纳米流体热管的研究综述

综述了国内外基于纳米流体热管的研究状况,并对其未来的发展进行了展望。     

重力热管性能测试的实验研究

建立一套热管性能测试装置,并测试热管内部蒸发段、绝热段、冷凝段的温度分布和随时间的变化情况,研究不同热流密度下的传热特性,探讨热管的几何因素、倾斜角度和工质充装量对传热性能的影响。