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%。     

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。     

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/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。     

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。     

水基氧化锌纳米流体的制备及其热物性能研究

采用“两步法”将ZnO纳米颗粒及分散剂阿拉伯树胶添加到基液中，制备质量分数为0.4%～2.292%的氧化锌纳米流体，同时对质量分数不同的纳米流体的稳定性及其在不同温度(15～55℃)下的导热性、黏度进行研究。结果表明，在质量分数为0.4%～1.552%下，氧化锌纳米流体稳定性更好。质量分数为0.4%～1.173%之间导热性相对基液有所提高，且质量分数为0.788%时导热效果最好。与基液相比，所制备的纳米流体的黏度都有所增加，并且质量分数越大黏度也相应越大。     

硫醇修饰铜纳米流体辐射与导热特性研究

为了研究Cu纳米流体光学及热物理性质,采用两步法制备十二烷基硫醇表面修饰的Cu-甲苯纳米流体,分析其在不同条件下的辐射与导热特性。结果表明:对Cu纳米颗粒进行表面处理和超声分散都能有效改善纳米流体稳定性,超声分散3 h时纳米流体稳定性最佳;Cu-甲苯纳米流体的辐射特性与导热特性相较于基液有明显提高,体积分数为0.3%的Cu-甲苯纳米流体在250—2 500 nm波长范围内透射率接近100%;在20—60℃温度范围内纳米流体导热系数随温度、体积分数的增加而增大,随纳米颗粒粒径的增大而减小。Cu-甲苯纳米流体具有良好的辐射与导热特性,有望作为集热介质应用于直接吸收式太阳能系统。     

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。     

硬脂酸修饰MoS_2纳米颗粒的制备及其强化传热性能

以硬脂酸为表面修饰剂,采用表面修饰法制备了硬脂酸修饰MoS_2(SA-MoS_2)纳米颗粒,并合成了导热油基MoS_2纳米流体,对产物进行了表征和测定了纳米流体的高温导热系数。结果表明,硬脂酸通过化学反应修饰在MoS_2纳米颗粒表面,SA-MoS_2纳米颗粒具有很好的亲油性,在导热油中具有良好的分散稳定性;SA-MoS_2纳米颗粒属于无定型非晶态,为不完全规则的球形纳米颗粒,尺寸约为30~90 nm;在40~120℃,纳米流体的导热系数随着温度的增大而略有减小,而温度大于120℃,导热系数与温度的变化呈正比;SA-MoS_2纳米颗粒对导热油的导热系数具有显著的强化作用,导热系数提高率与纳米颗粒的质量浓度呈正比,仅添加0.60 wt%的SA-MoS_2纳米颗粒时,纳米流体的导热系数比基础油提高了34.3%~51.2%。这种强化传热特点在高温传热工质和热能工程中具有重要的应用价值。     

CuO/H2O纳米流体的池沸腾传热及预测

通过络合-沉淀法合成氧化铜纳米颗粒,制备铜颗粒的直径在40～100 nm,晶型为正六面体。利用“两步法”制备水基氧化铜纳米流体。考察了不同质量分数纳米流体的热导率、接触角变化和加热表面颗粒沉积对核沸腾传热性能的影响,并利用可视化记录沸腾过程气泡行为。结果表明：在测试质量分数范围内,传热系数随热通量增加而增大,当质量分数达到0.1%时,强化率最大为146.1%。经过分析可知纳米流体的接触角度、热导率、颗粒沉积以及颗粒扰动对水基氧化铜纳米流体强化传热作用均有影响。通过高速摄像采集质量分数0.07%纳米流体沸腾过程验证结论的可靠性。并对纳米流体核沸腾传热过程建立气泡动力学经验模型,模型计算结果与实测值相对偏差在±10%以内。     

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。     

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。     

Cu/Al纳米流体的制备及导热性能

以柠檬酸钠和β-糊精为稳定剂、以抗坏血酸为还原剂,采用化学还原法制备Cu/Al复合纳米粒子,以水-乙二醇为基液,制备不同质量分数的Cu/Al复合纳米流体。利用XRD、SEM、TEM对Cu/Al复合纳米粒子的相结构和微观形貌进行表征,采用紫外-可见分光光度计和热物性分析仪测试Cu/Al复合粒子纳米流体的稳定性和导热性;研究了不同铜盐前驱体、不同浓度的铜盐对Cu/Al复合纳米相结构和形貌的影响;研究了分散剂种类及纳米粒子添加量对纳米流体稳定性和导热性影响。结果表明,以醋酸铜为前驱体,采用还原法制备的Cu/Al纳米复合粒子具有核壳结构,大小均匀,粒径约为50 nm;以柠檬酸钠为稳定剂,质量百分数为0.1%,0.3%,0.5%复合Cu/Al纳米流体均具有良好的分散稳定性;纳米流体的导热系数随着添加物用量增加而提高,当Cu/Al纳米复合粉体的质量分数为0.5%时,室温下纳米流体的导热系数相对于基液可提高39.6%。     

氧化石墨烯/水脉动热管传热强化及性能预测

实验研究了氧化石墨烯（GO）纳米流体对脉动热管（PHP）传热性能的影响。结果表明：充液率、浓度及加热功率显著影响脉动热管的传热性能。在小充液率（FR=30%）时,PHP更多是在重力辅助热虹吸管以及脉动热管的共同作用下工作,热阻较低,但容易烧干;添加GO纳米颗粒可改善流体传热性能,降低PHP热阻,延缓烧干;尤其在质量分数0.05%~0.08%、加热功率10~50W时热阻可比纯水降低38.1%~74.1%;在质量分数0.08%~0.1%时,烧干极限Q_max可比纯水提高33%。在大充液率（FR=80%）时,气相空间受限,流体运动阻力较大,PHP整体运行性能较差。添加GO纳米不能明显改善PHP传热性能,在高浓度（质量分数0.1%）时还会恶化传热性能。综合考虑热阻及烧干极限,PHP在中等充液率（FR=50%）时整体运行性能最佳;且存在一个合适的工作范围（质量分数0.03%~0.08%,加热功率20~105W）,使PHP热阻比纯水下降18.9%~54.4%之间,强化作用明显。最后,在实验基础上,综合应用Ku、Pr、Ja、Bo、Mo等量纲为1数组合,拟合得到实验关联式预测GO/水PHP传热性能,适用于30%~80%充液率下,质量分数0~0.1%的GO/水纳米流体脉动热管。     

CuO-水纳米流体多孔球层池沸腾传热特性

对CuO-水纳米流体在6mm多孔球层内进行池沸腾实验研究。实验使用了40nm的CuO纳米颗粒,加以不同浓度的十二烷基苯磺酸钠（SDBS）作为表面活性剂,配成多种不同配比关系的纳米流体。实验结果表明,当表面活性剂浓度与纳米颗粒浓度在0.01%~0.03%（质量分数,下同）之间变化时,两者浓度相近的纳米流体稳定性较好,沸腾传热效果高。其中表面活性剂浓度略高于CuO浓度时,传热效果较好,在SDBS浓度为0.03%、CuO浓度为0.02%时达到最大,为41670W/(m²·K);而纳米颗粒浓度增大时,根据其对纳米流体的稳定性和沉降效应的影响,在不同程度上可增强或削弱沸腾传热。同时对纳米流体的池沸腾进行可视化研究,利用气泡脱离特性对实验结果作了诠释。所得结果可为纳米流体在多孔球层的池沸腾传热特性研究提供有益的研究数据。     

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...     

CuO-Al2O3/H2O纳米流体池沸腾传热实验及分析

为探究纳米流体池内沸腾换热特性及其影响因素,利用"两步法"制备了体积分数为0.001%—0.1%的Al_2O_3/H_2O、CuO/H_2O纳米流体以及CuO-Al_2O_3/H_2O混合颗粒纳米流体,并进行池内沸腾换热实验。结果表明:测试的体积分数范围内,纳米流体沸腾换热系数随体积分数的增大而增大,起始沸腾过热度随体积分数的增大而降低,纳米流体的传热强化率随热流密度的增大而减小。实验中,混合纳米流体的传热性能始终优于去离子水和单一颗粒的纳米流体,Al_2O_3、CuO及两者的混合纳米流体沸腾传热系数增强率最高分别达到178.2%,213.2%和253.2%。纳米颗粒的加入对沸腾传热有强化和恶化两方面的作用,在实验的不同阶段,传热效果好坏是热导率、颗粒沉积等共同作用的结果。     

Cu纳米流体真空闪蒸制冰的实验特性

在去离子水中加入Cu纳米颗粒,通过添加分散剂和超声波振荡,配制均匀分散的Cu-H₂O纳米流体。在100 Pa初始压力下,通过改变纳米颗粒粒径、纳米流体质量分数研究均匀分散的纳米流体对真空闪蒸制冰实验特性的影响。结果表明,水中加入纳米颗粒（无分散剂,纳米颗粒有沉降现象）,可降低水过冷度,缩短相变结冰时间,而分散均匀无沉降的纳米流体可显著缩短相变时间,使过冷度降低37%;在闪蒸瞬间,纳米流体对液相降温过程几乎没有影响;纳米流体质量分数越大,结冰时间越短,固相降温段降温速率越大;随着纳米颗粒粒径减小,相变时间缩短,而固相降温阶段温降速率几乎相同,较低浓度时（0.05%）,粒径的改变,对纳米流体过冷度影响不大,基本维持在1.5℃。     

ZrO_2-水纳米流体管内层流的传热特性

制备了粒径为50 nm的ZrO2-水纳米流体,并通过添加分散剂NH4PAA改善纳米流体的稳定性。测量了4种不同质量分数(0.2%,0.4%,0.8%,1.2%)的ZrO2-水纳米流体在层流状态下的对流换热系数。实验结果表明:在相同雷诺数下,纳米流体的换热系数要比纯水的有所提高,并随着ZrO2纳米颗粒质量分数的增加而增大。当纳米流体的质量分数为0.2%,0.4%,0.8%,1.2%时,其平均换热系数比纯水分别提高了1.9%,2.4%,5.2%和8.8%。实验管道内的不同位置也影响纳米流体换热系数的提高,入口段的换热系数要比充分发展段提高得更明显,其主要原因是纳米颗粒对流体边界层的干扰。     

低压条件下纳米流体的沸腾换热特性

在不同低压压力和不同纳米流体浓度下对光滑传热面上的水基纳米流体的池内沸腾特性进行了试验研究.纳米流体由平均直径50 nm的氧化铜粒子加入去离子水中组成,没有加入任何添加剂.研究主要针对7.2 kPa到100kPa的压力区间和0.1%到2%的质量浓度区间内压力和颗粒浓度对光滑表面沸腾换热特性的影响,研究结果表明:压力对纳米流体的沸腾换热特性有强烈影响,沸腾换热系数和临界热流密度(CHF)强化率随着压力的降低而大幅度增加.纳米流体浓度对沸腾换热系数和临界热流密度(CHF)有重要影响,并且在质量浓度约1%附近存在一个最佳颗粒浓度.研究结果显示由与去离子水相比,质量分数为1%,压力为7.2 kPa的纳米流体在光滑表面上的沸腾换热系数和临界热流密度都得到了显著提高.