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.     

丝网热管换热性能的实验研究

为研究纳米流体工质的丝网热管的换热性能,制作了简单的丝网热管传热性能测试装置.实验采用SiO2纳米流体为工质,对在不同的充液率、浓度、热管倾角以及不同纳米颗粒粒径情况下丝网热管的热阻进行了研究.研究表明:丝网热管在充液率为60%、质量分数为1%、倾角为30°以及纳米粒径为30 nm时,换热性能处于最佳.研究结果为SiO2纳米流体工质在热管散热器中的运用提供理论依据.     

Al_2O_3-H_2O纳米流体的热导率与粘度实验研究

为研究Al_2O_3纳米颗粒对H_2O基液热导率与粘度的影响,本文基于"两步法"制备了相对稳定的Al_2O_3-H_2O纳米流体,分别采用瞬态热线装置与流变仪实验研究了不同因素(超声处理时长、纳米颗粒体积分数与温度)影响下的Al_2O_3-H_2O纳米流体热导率与粘度变化规律,对比了不同纳米流体热导率与粘度理论模型的适用性。根据静置稳定性分析发现,添加适当分散剂并进行超声处理是提高纳米颗粒均匀性与纳米流体稳定性的重要方法。实验测量结果表明,随着超声处理时长的增加、纳米颗粒体积分数的提高以及温度的升高,纳米流体与基液之间的相对热导率与相对粘度会有所提高;并且Vajjha模型与Corciones模型的理论预测结果和实验数据吻合较好。     

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.     

纳米颗粒添加对熔融盐传热特性的影响

熔融盐由于其蒸汽压力低、工作温度高、热稳定性良好等特点,在集中式太阳能热发电系统中作为传热和蓄热工质应用较多.但熔融盐热导率较低,导致发电系统效率降低、能耗增加,发电系统成本升高.向熔融盐中加入纳米颗粒形成熔盐基纳米流体是能够改善熔盐热物性,文章以添加SiO2纳米颗粒的Hitec盐基纳米流体为研究对象,利用平衡分子动力学方法模拟计算热导率,从多角度分析以揭示物理机理.结果表明纳米颗粒质量分数为2％、4％和6％时,纳米流体热导率分别提高了5.75％、6.47％和0.05％.扩散系数结果表明,纳米颗粒添加不会强化基液微对流.分析径向分布函数发现,纳米颗粒添加导致了Na原子和NO3-中N原子间的配位数增加,粒子间作用力增强,引发纳米流体热导率提升.此外,随着温度升高,熔盐纳米流体热导率减小;颗粒质量分数/粒径变大,热导率出现非单调变化.     

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.     

SiO_2纳米类流体及其复合材料的电性能研究

采用快速离子萃取法制备了SiO2纳米类流体。采用FTIR、TG、DSC、TEM及流变测试等分析手段对SiO2纳米类流体进行了系统的表征。结果发现,快速离子萃取法能够保证反应过程中离子交换完全,并能制得具有室温流动性、稳定单分散性以及较高导电性的SiO2纳米类流体。通过将SiO2纳米类流体以不同份数与聚氯乙烯(PVC)熔融共混得到了不同纳米类流体含量的SiO2纳米类流体/PVC复合材料,并对其介电性能和导电性能进行了表征。结果表明,SiO2纳米类流体具有良好的抗静电性能。     

纳米流体流动传热性能的实验与模拟研究

为了研究高温冷却条件下,γ-Al2O3-PG90纳米流体作为冷却介质在一车用机油冷却器内的流动传热性能,采用三维k-ε湍流模型,应用块结构网格生成技巧,融合流固耦合研究方法和薄壳导热模型数值模拟了纳米流体的性能,进行了基液与纳米流体的性能对比计算,分析了纳米粒子体积分数对性能的影响,考察了纳米流体物性预测模型的普适性,并研究了将纳米流体视为单相流体进行性能分析的可行性,通过实验测试得到了性能数据.研究发现:与基液相比,纳米流体强化换热效果明显,流动阻力有所增加,随着纳米粒子体积分数的增加,传热性能提高,流动阻力增加,说明该物性预测模型不能普适,当纳米粒子体积分数大于3%时,将纳米流体视为单相流体的性能研究结果与实验数据偏差较大,可能原因是单相流体流动无法反映较多的粒子之间的相互作用.     

石墨-水纳米流体对流换热特性的实验研究

使用自行设计的测量纳米流体流动与对流换热性能的实验装置,测量了含有不同体积分数纳米石墨的石墨-水纳米流体雷诺数在3 000~6 500范围内的对流换热系数。实验结果表明:石墨纳米颗粒的加入提高了水的对流换热系数;石墨纳米颗粒在水中的体积分数与对流换热系数近似呈线性关系;努塞尔数Nu随着雷诺数的增大近似线性增大;流动状态下的纳米粒子本身的无规则运动和热散射对对流换热系数的提高有显著影响。     

均匀SiO2纳米颗粒的制备及其结构生色

基于St?ber法,以正硅酸乙酯为前驱体,氨水为催化剂,蒸馏水作为水解剂,乙醇为溶剂,制备出粒径范围在亚微米级的均匀二氧化硅(SiO2)纳米颗粒;研究了粒径与反应温度、反应时间及溶剂体积的关系.制备过程中发现,固定其它反应条件不变,仅通过调控溶剂乙醇的用量,即可精准调控SiO2颗粒的粒径及其均匀度;溶剂调控法制备的颗粒为均匀球形,粒径范围在150～450 nm之间,分散系数PDI小于0.1.研究结果表明:反应温度升高,SiO2粒径减小;反应时间增加,粒径变大,但在2 h后保持不变;溶剂乙醇体积增加,粒径减小,粒径与乙醇体积存在线性关系;同时,通过颗粒自组装形成的光子晶体薄膜具有明显的结构色,进一步验证了溶剂调控法制备均匀颗粒的有效性.     

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.     

含纳米SiO2锂基润滑脂流变学与摩擦学性能

利用SG65三辊研磨机制备了含不同粒径和不同质量浓度SiO₂纳米颗粒的锂基润滑脂. 通过MRS-1J机械式四球长时抗磨损试验机及安东帕MCR301流变仪研究了SiO₂纳米颗粒作润滑脂添加剂的摩擦学性能和流变学性能. 结果表明,SiO₂纳米颗粒粒径为30 nm、质量浓度为4%时润滑脂摩擦学系数最小,抗磨减摩性能最好. 在中低剪切速率下对流变试验数据进行拟合,提出了含纳米颗粒质量浓度参数的润滑脂改进型流变模型. SiO₂纳米添加剂可改善锂基润滑脂触变性,提高润滑脂抗剪切能力和热稳定性能.     

Study on optical constants inversion and infrared transmission characteristics of aerosol particles

Based on the experimental infrared spectral transmittances,an inverse model has been developed to determine the optical constants of the aerosol particles (SiO2 and Al2O3).Combined with the Mie theory and Kramers-Kronig (K-K) relations,the complex refractive indices of the SiO2 and Al2O3 particles are retrieved.The effects of the measurement errors on the inverse results are also investigated.With the optical constants inversed from the experiment,the discrete ordinate method (DOM) is used to calculate the infrared transmission characteristics of the aerosol particle cloud.Considering the multi-scattering and self-emission of the particles,the equivalent transmittance ratio (ETR) is suggested to evaluate the infrared transmission characteristics of the aerosol particles.Particular attention is given to analyze the effects of the volume fraction and diameters on infrared transmission characteristics.When the volume fraction is larger than 0.001,the particle diameter has little effect on the infrared transmission characteristics.For the uniform monodisperse particles in the detection waveband range of 3-5 μm and 8-12 μm,there exists a critical diameter where the ETR reaches the minimum value.In addition,the ETR of 3-5 μm is smaller than that of 8-12 μm with the same volume fraction and particle diameter.     

纳米流体的光热特性

为了选择合适的纳米流体用作直接吸收式太阳集热器的循环工质,采用"两步法"制备了不同质量分数的铜纳米流体、炭黑纳米流体和碳包铜纳米流体.通过测量纳米流体的透射率和闷晒实验,间接地比较了3种纳米流体的光谱吸收性能和光热转换性能.结果表明:在相同质量分数的条件下,铜纳米流体和碳包铜纳米流体的吸光性能均优于炭黑纳米流体.在所研究的3种纳米流体中,由于碳包铜纳米流体具有高的导热系数和低的比热容,因此在闷晒实验中其升温速率最快,闷晒温度最高,显示出很好的光热转换性能.     

PPS/SiO2纳米复合涂层弹性模量的理论计算

采用细观力学的方法,计算了自制的PPS/SiO2纳米复合涂层、普通涂层的弹性模量。结果表明纳米复合涂层的弹性模量小于普通涂层,与文献所述涂层的弹性模量越小抗冲蚀磨损性能越好是吻合的。理论计算也表明,通过减小纳米涂层中纳米粒子的体积分数（即降低其颗粒尺寸）,可以减小纳米涂层的弹性模量,从而提高其抗冲蚀磨损性能。     

SiCp/Cu复合材料热膨胀性能研究

以电子封装基片为应用背景,采用挤压铸造方法制备了体积分数为55％,不同颗粒粒径增强的SiCp／Cu复合材料,并分析测试了颗粒粒径和热处理状态对材料热膨胀性能的影响规律．显微组织观察表明,复合材料颗粒分布均匀,材料组织致密;热膨胀性能测试表明,随着温度升高,复合材料的热膨胀系数呈非线性增加;SiC体积分数相同时,减小SiC颗粒尺寸有利于降低复合材料的热膨胀系数;退火处理可以减小基体中的热残余应力,有助于降低复合材料的热膨胀系数．     

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。