纳米流体导热系数影响因素分析

为了全面分析纳米流体的稳定性及导热系数影响因素,采用两步法配置了以去离子水和乙二醇为基液的氧化铝纳米流体,并添加了不同种类的分散剂.利用紫外可见分光光度计对纳米流体吸光度值进行测试,并基于Hot Disk热物性分析仪测试其导热系数.结果表明：吸光度法可有效评价纳米流体稳定性,但需要考虑分散剂对基液吸光度值的影响.超声波振荡可破坏粒子团聚,且当超声时间为1h时纳米流体稳定性最佳.分散剂、粒子体积分数、温度、基液等因素均会影响纳米流体的导热性能.当温度为50益时,添加质量分数0.2%的PVP分散剂,体积分数为0.5%的氧化铝-水纳米流体导热系数提高约20%.纳米流体可有效提供工质导热系数,提升系统散热性能.     

纳米流体热导率试验

采用自行设计的瞬态热线装置，测试了不同种类纳米流体的热导率，分析研究了粒子体积分数、粒径、温度、分散剂等因素对纳米流体热导率的影响.结果表明，低体积分数纳米流体的热导率比基液有较大幅度的提高，最大可达40%左右；纳米流体的热导率随着粒径的增大而减小，随着粒子体积分数的增大、温度的升高而增加，且分散效果越好的纳米流体热导率越大.试验热导率值大于常规固液混合物的H-C模型预测值，表明纳米流体具有不同于一般固液混合物的独特的优良导热特性.     

BN/聚砜导热绝缘复合材料的制备及性能

采用粉末混合法制备了BN/聚砜导热绝缘复合材料,用扫描电子显微镜（SEM）、导热系数测试仪和超高电阻微电流测试仪对复合材料的微观形貌、导热性能和电绝缘性能进行了表征。结果表明：硅烷偶联剂改性处理后的BN粉体与聚砜基体之间的相容性较好;BN/聚砜复合材料的导热系数随BN含量的增加而增大,最大可达2.08（W·m^-1·K^-1）;表面电阻率和体积电阻率随BN含量的增加而减小,最低值分别为0.82×10^15Ω和1.78×10^15（Ω·cm）,具有电绝缘性。     

混合纳米流体粒子比对热物性参数的影响及性能分析

为了研究氧化物混合纳米流体的粒子混合比对导热系数及粘度的影响,实验采用两步法制备Al2O3-CuO/乙二醇-水混合纳米流体,并用Hot Disk 2500S热常数分析仪及DV3T粘度仪测量了温度范围为20～60℃、20 nm Al2 O3与40 nm CuO颗粒体积比为20:80～80:20的导热系数和粘度值.结果表明,导热系数和粘度均随着小粒径氧化铝颗粒含量的增大而增大,但在粒子比为50:50时导热系数出现最低值.从纳米层结构和颗粒聚集形态分析可知,小粒径颗粒能很好地填充于大粒径颗粒形成的缝隙中,形成"20 nm Al2 O3粒子-基液分子-40 nm CuO粒子"界面纳米层,界面热阻降低,导热系数增大.但是,通过透射电镜图可知在粒子比为50:50时,各颗粒结合不好,形成的团聚体尺寸大,造成局部粒子空白区,导致导热系数下降.最后,分析纳米流体的综合传热性能,Al2 O3-CuO/乙二醇-水混合纳米流体在研究工况内均适合应用于层流流动与传热过程;在紊流时,由于流动扰动强度大,仅当粒子比小于40:60时适合应用于紊流流动与传热过程.     

球形氧化铝导热膏的制备及其导热性能

以球形氧化铝为导热填料、二甲基硅油为基体,通过物理混合的方法制备了一系列氧化铝/硅油导热膏。通过增加氧化铝的添加量、加入硅烷偶联剂KH570以及粒径复配等提高导热膏的导热系数。用扫描电子显微镜(SEM),对球形氧化铝进行形貌表征;用KD2Pro导热仪,对所制得的导热膏进行导热性能测试。结果表明:导热膏的导热系数随着氧化铝添加量的增大而增大,当氧化铝填充体积分数为60%最好;硅烷偶联剂KH570可以有效提高导热膏的导热系数,加入量(质量分数)在1.5%~2.5%时,效果良好;粒径的复配可以进一步提高导热膏的导热性能。     

基于混合物理论的饱和介质体应变本构模型

为了解决饱和多孔介质的建模问题,采用工程混合物理论建立了饱和多孔介质体积本构理论框架。首先,假定多孔固相与流相基质体积变形功相互独立,采用Terzaghi有效球应力、孔压和流体基质压力作为本构模型的应力状态变量,获得了固相、固相基质和流相基质体应变的余能表达式。其次,根据Lade和De Boer模型试验加卸载测试数据,建立了加卸载阶段饱和多孔白塞木立方体流固两相体积本构方程,推导了固相体积切线模量、Biot切线系数和流相Biot切线模量等力学参数计算公式。分析了加载阶段固相体积切线模量,Biot切线系数,流相Biot切线模量等力学参数随Terzaghi有效球应力和孔压变化规律。最后,根据本文体积本构模型和静力平衡方程建立了饱和多孔介质的一维固结方程,数值分析了饱和多孔白塞木立方体的固结特性,获得了固结度和沉降随时间变化曲线。研究表明,固相体积切线模量随Terzaghi有效球应力的增大而增大,随孔压 的增大而减小。Biot切线系数介于0.42~0.95之间,随Terzaghi有效球应力和孔压的增大而减小。流体Biot切线模量随Terzaghi有效球应力增大而先减小后增大,随孔压增大而减小。孔压切线系数在大多数情况下小于1.0。考虑固相基质变形时饱和多孔介质的初始孔压不等于外荷载,因此饱和多孔介质在外荷载作用下存在瞬时沉降。本文提出的建模方法可用于非线性饱和多孔介质的建模和数值分析工作。     

高绝缘性良好导热性低密度聚乙烯电缆绝缘材料的制备与性能

采用密炼机熔融混炼法制备了纳米二氧化硅/低密度聚乙烯(SiO_2/LDPE)复合材料和纳米氧化铝/低密度聚乙烯(Al_2O_3/LDPE)复合材料,并采用平板硫化机模压成型。通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察断面分析其微观形貌。测试了纳米复合材料的耐直流高压击穿性能,电晕现象以及不同温度下的导热系数。结果表明:采用密炼机熔融混炼得到的LDPE基纳米复合材料体相分布均匀,两相兼容性良好;纳米粉体含量不同的复合材料相对纯LDPE耐直流高压击穿性能均明显提高,导热性能不但未降低反而提高较大,其中,质量分数2%的SiO_2可以把击穿场强提高25%以上,同时可提高复合材料导热系数。纳米SiO_2在提高复合材料绝缘性与导热系数方面效率更高。     

Fe_3O_4-水纳米流体对流换热特性的实验研究

建立了纳米流体传热性能的测试系统,测试了不同体积分数的Fe3O4-水纳米流体在雷诺数为3 000-10 000内的管内对流换热系数。实验结果表明,在水中添加Fe3O4纳米粒子增大了管内对流换热系数,增加了液体的传热效果;影响纳米流体对流换热系数的主要因素有纳米粒子的浓度及纳米粒子导热系数。     

氧化铝纳米流体在车用热交换器中的试验研究

研究纳米流体在车用热交换器中的强化传热效果,测试不同纳米粒子体积分数的氧化铝纳米流体在板翅式机油冷却器中的传热和流动特性,并与水、防冻液（乙二醇）及纳米流体基础液体进行对比.试验结果表明,在同一热交换器中,纳米流体的传热系数明显高于其他3种液体.当冷、热侧介质温度为90和120 ℃时,纳米粒子体积分数为5%的纳米流体的传热系数分别比水、乙二醇和基础液体提高6.52%、18.88%和24.62%;当冷、热侧介质温度为120和135 ℃时,体积分数为5%的纳米流体的传热系数比体积分数为1%的纳米流体提高104.72%.在试验条件下,热交换器的换热量随纳米粒子体积分数的增大而增大,但流动阻力并未明显增加,初步证明了纳米流体应用于车用热交换器的可行性.     

基于圆柱形纳米颗粒的纳米流体导热特性模拟

纳米流体是将纳米颗粒分散在基液形成的一种介质，具有较强的导热性能，在诸多领域具有重要的应用。纳米流体的悬浮颗粒多为球形颗粒，而在实际应用中很多颗粒为非球形。基于平衡态分子动力学模拟方法，研究了含有圆柱形纳米颗粒的纳米流体导热性能。计算结果表明，随着纳米颗粒球形度降低，纳米流体的热导率明显增大。基于纳米流体径向分布函数以及基液和纳米颗粒扩散系数的分析表明，对于相同体积的纳米颗粒，圆柱形纳米颗粒的比表面积较大，颗粒表面的类固液体层效应是非球形纳米颗粒提高纳米流体热导率的主导机制，并且颗粒的布朗运动有可能削弱此效应。该研究结果为强化纳米流体热导率提供了新的思路。     

不同形貌纳米氧化铜的合成及导热应用

纳米氧化铜(CuO)在传感器、催化及强化传热领域有优异的性能。以微生物法浸取的Cu~(2+)为铜源,通过改变溶液的pH制备不同形貌的纳米CuO,并对产物进行表征与分析。制备了以硅油为基体的含纳米CuO的纳米流体,并测试了其热导率。结果表明,纳米流体的热导率与添加CuO的体积分数基本呈线性关系。当添加相的体积分数为5%时,片状、梭子状和蒲公英状的CuO纳米流体热导率分别提高了12.3%、12.9%和29.0%。这说明CuO的形貌对复合体系的热导率有显著的影响,其中蒲公英状的纳米材料效果最佳。     

可控纳米流体的制备及热导率研究

为了研究纳米流体的一步法制备中不同条件对纳米颗粒粒径的影响，使用醇盐水解法制备了水-SiO2纳米流体.利用激光粒度分析仪和透射电镜（TEM）对纳米颗粒粒径大小及其分布进行了测量，利用zeta 电位仪及长时间的观测,分析了系统的稳定性，利用激光闪光法, 测量不同粒径和不同浓度的纳米流体热导率的提高.结果表明，纳米SiO2颗粒可控制在50~200 nm.由醇盐水解方法制备的纳米流体稳定性好.当纳米流体的体积分数为1.3％时，平均粒径为70 nm的SiO2纳米流体的热导率比纯水提高24％，而热导率的增加对温度的提高不敏感.     

碳纳米管纳米流体对液冷式CPU换热性能的改善

针对液冷式CPU（central?processing?unit）散热器散热效果差的问题,设计了液冷式CPU散热器的换热性能实验系统. 该实验系统使用基液丙二醇-水,Al2O3纳米流体和多壁碳纳米管（MWCNTs）纳米流体进行换热实验,采用单变量法对实验条件进行控制. 当加热功率为18.26 W时,基液丙二醇-水的热阻值为0.859 ℃/W,质量分数0.135%的Al2O3纳米流体的热阻值为 0.751 ℃/W,质量分数0.135%的多壁碳纳米管纳米流体的热阻值为0.739 ℃/W,质量分数0.32%的MWCNTs纳米流体的热阻值为0.457 ℃/W. 结果表明:在基液中添加纳米粒子能提高基液的换热能力,MWCNTs纳米流体的换热效果随着质量分数的增加而增强.     

SiC-水纳米流体在微小通道中的流动和换热特性

为了解决传统换热工质导热系数和传热性能不高的问题,以Si C-水纳米流体为工质,研究了不同体积分数(0.001%、0.005%、0.01%、0.1%、1%)的Si C-水纳米流体在多孔微通道平行流扁管中的单相流动和换热特性.该扁管矩形通道的水力直径为2.08 mm,实验Re大约为150~5 200.研究结果表明:随着体积分数的增加,纳米流体的Nu呈现先增长后下降的趋势;体积分数为0.01%的Si C-水纳米流体在Re≈5 200时,Nu增长最大,增长率达到80.8%;纳米流体起到强化换热效果的同时,伴随着阻力增加.     

An experimental study on thermal characteristics of nanofluid with graphene and multi-wall carbon nanotubes

High-thermal conductivity enhancement of nanofluid is one of the promising topics of the nanoscience research field. This work reports the experimental study on the preparation of graphene(GN) and multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs) based nanofluids with the assistance of sodium dodecyl benzene sulfonate(SDBS) and sodium dodecyl sulfate(SDS) surfactants, and their thermal behaviors. The present work suggests not a solution, but a solution approach and deduces a new conclusion by trying to resolve the agglomeration problem and improve the dispersibility of nanoparticles in the base fluid. The analysis results of FESEM, thermal conductivity, diffusivity, effusivity and heat transfer coefficient enhancement ratio of nanofluid with surfactants SDS and SDBS expose strong evidence of the dispersing effect of surfactant on the making of nanofluid.     

Application of lattice Boltzmann scheme to nanofluids

The concept of nanofluids is an innovative idea referring to the fluids with suspended nanoparticles[1]. As a new type of heat carrier, the nanofluid has great potential for enhanced thermal management and control involved in a variety of application cases. Some experimental investigations[2—5] have shown that the nanofluid has remarkably higher thermal conductivity and better heat transfer performance than conventional pure fluids. In nature, the nanofluids are multicomponent fluids. But, t…     

水基碳纳米管纳米流体在矩形腔内的自然对流传热

为了评估碳纳米管在强化传热技术中的应用潜力, 采用实验方法研究水基碳纳米管纳米流体在矩形封闭腔内的自然对流传热性能, 由实验得到瑞利数为1.92×105～2.52×106范围内不同颗粒体积分数的纳米流体沿矩形封闭腔热流方向的平均努塞尔数分布.采用瞬态热线法和旋转黏度仪测量水基碳纳米管纳米流体的导热系数和黏度,探究纳米流体导热系数和黏度与纳米颗粒体积分数的变化关系,分析纳米流体导热系数和黏度对纳米流体自然对流传热的影响.结果表明:在封闭腔内纳米流体沿热流方向的平均努塞尔数随着瑞利数的增加而增大,封闭腔内对流传热不断增强;与水的自然对流传热相比,在低瑞利数(Ra＜8.5×105)时,纳米流体自然对流传热效果随着颗粒体积分数的增加而增强;在高瑞利数(Ra＞8.5×105)时,体积分数为0.48%的纳米流体的平均努塞尔数比水大,自然对流传热得到强化,而体积分数为1.45%的纳米流体的平均努塞尔数比水小,自然对流传热减弱.