纳米流体强化对流换热的实验研究

建立了纳米流体对流换热系数的实验测试系统,利用实验系统测量YCu-H2O纳米流体的对流换热系数,探讨了纳米颗粒质最分数、Re数和轴向比对Cu-水纳米流体对流换热性能的影响.结果表明:Cu-水纳米流体的对流换热系数随纳米粒子质量分数的增人而增人,但其对流换热系数的增加明显低于导热系数的增加.随着雷诺数的增人,纳米流体的对流换热系数基本呈线性提高.纳米流体在实验管进口段的对流换热系数提岛值明显高于流体在充分发展段的提高值.纳米流体的导热系数、粘度和纳米颗粒迁移是影响纳米流体对流换热系数的主要因素.     

多壁碳纳米管水基纳米流体的对流换热特性

实验研究了纳米粉体浓度、雷诺数Re和热流密度对多壁碳纳米管水基纳米流体(MWNTs/H2O)对流换热性能的影响。纳米粉体浓度分别为0.05 g/L、0.1 g/L、0.2 g/L和0.4 g/L,雷诺数Re为500~900,热流密度为10~20 k W/m2。结果表明:1)纳米流体对流换热系数随着纳米粉体浓度、Re、热流密度的增加而增加。如在Re为631且纳米粉体浓度为0.4 g/L时,纳米流体对流换热系数比基液增大了17.6%;2)纳米流体对流换热系数的提高率明显大于对应的导热系数提高率,当纳米粉体浓度为0.05g/L时,其对流换热系数和导热系数的提高率分别为7.4%和0.15%;3)在Eubank-Proctor方程的基础上,建立了适合于低Re条件下的混和对流换热的实验关联式。     

纳米流体强化相变蓄冷特性的实验研究

在水基液中添加少量的纳米Cu颗粒(平均粒径为25nm),经超声波振荡和添加分散剂后,制备成分散稳定的Cu-H2O纳米流体.实验研究了纳米颗粒添加剂对水过冷度的影响,并采用红外热摄仪在线观察了纳米流体结晶过程的温度分布.结果表明.在水基液中加入纳米Cu粒子后,其过冷度明显降低,且随着纳米Cu质量分数的增加,流体的结冰时间缩短.Cu-H2O纳米流体的相变温度比水的提高了1℃,因此,纳米流体蓄冰时可以降低压缩机的输入功率,从而节约成本、减少能耗.     

纳米流体传热研究最新进展

纳米流体是指以一定的方式和比例，在液体介质中添加纳米级的金属或非金属粒子形成的一类新型传热工质。它在许多领域，如能源、化工、电力、微电子等，具有诱人的应用前景。本文结合本课题组的研究，综述了纳米流体在传导、对流、相变换热等方面的最新研究进展，并提出了发展的方向。     

封闭腔内纳米流体自然对流换热的数值模拟

采用数值模拟方式研究充满了纳米流体的封闭腔内的稳态自然对流。重点分析了纳米颗粒的体积分数,Ra数以及不同类型纳米颗粒对自然对流换热特性的影响。数值模拟结果表明:在纯水中加入纳米颗粒可以显著提高基液的自然对流换热特性;对于给定的Ra数下,随着纳米流体的体积分数增大,纳米流体换热效果显著增强;对于给定的体积分数下,随着Ra数增大,纳米流体的换热强度也随之增大,并且换热机理由热传导为主变为热对流为主;通过Ag,Cu,CuO和Al2O3四种纳米颗粒的对流换热效果比较分析得出,金属Ag和Cu纳米颗粒比金属氧化物CuO和Al2O3的纳米颗粒制备的纳米流体的对流换热效果更好。     

层流状态下纳米流体的对流传热特性

通过数值模拟的方法研究了层流状态下雷诺数、体积分数、颗粒和基液种类以及颗粒粒径对纳米流体对流传热特性的影响。研究结果表明,纳米流体的对流传热系数明显高于基液,并且与基液和颗粒的性质、颗粒的体积分数及颗粒粒径密切相关。纳米流体的对流传热系数随着颗粒和基液热导率的增加、颗粒体积分数的增加以及颗粒粒径的减小而增大。研究发现,对于一定体积分数的Cu-水纳米流体,在层流状态下对流传热系数的提高程度基本保持一致,与雷诺数大小无关。     

流体自然对流数学模型与数值分析研究

其中μ为粘性系数,p为压力,C_p为定压比热,(g_x,g_y,g_z)为g的x、y、z方向的分量。 若考察竖直环形空腔内流体自然对流换热问题,选取圆柱坐标系,将z轴取得与重力g方向相同,那末,连续性方程、动量方程、能量方程表示成下式:     

壁温周期振荡条件下方腔内纳米流体自然对流换热研究

对充满Cu-水纳米流体方腔内的非稳态自然对流换热进行了数值研究。综合研究了不同振荡波形下,纳米颗粒的体积份额和振荡波幅A对自然对流换热的影响。结果表明:在水中添加Cu纳米颗粒可以强化水的自然对流换热;体积份额和振荡波幅A的增大都加强纳米流体自然对流换热,但是不同振荡波形,加强程度不同并提出振荡面积S的概念,即振荡波形与其平均值围成的面积,曲线拟合显示时均努塞尔特数Nu随S增大呈指数曲线上升。     

应用二氧化钛纳米流体提高冷却壁换热能力的实验研究

着重研究了纳米流体在的小型冷却壁内流动时强化换热能力,分别测试了不同浓度的纳米流体在热交换装置内Nu准数,以及纳米流体随着Re数的变化情况,结果显示加入纳米颗粒后,流体的换热系数得到了明显的提高,且纳米流体的强化对流换热系数随着颗粒浓度的增加以及在管内流动的Re数增加而增加。     

圆环腔内纳米流体自然对流的数值研究

采用Fluent软件对圆环封闭腔内的Ag-水纳米流体自然对流传热进行数值模拟,着重分析在不同瑞利数下Ag纳米颗粒的添加量和圆环内外壁半径比对圆环传热性能的影响.研究结果表明,随着瑞利数的增加,圆环间的换热强度不断加剧,换热由热传导逐渐向对流转变.添加纳米颗粒降低了换热性能,且随着颗粒浓度的增加换热效果不断恶化;同时,圆环半径比对换热有很大的影响,对一定的瑞利数而言随着半径比的减小,换热性能逐渐增强,且增大的趋势越来越显著.     

方腔内Al2O3-H2O纳米流体热毛细对流的格子Boltzmann模拟

采用格子Boltzmann方法研究纳米颗粒形状影响下方腔内纳米流体热毛细对流的强化传热效果,主要分析了纳米粒子体积分数、颗粒形状以及Marangoni数Ma等相关参数对于纳米流体热毛细对流换热过程的影响。结果表明:长径比（长/半径）对纳米流体换热效果有影响,形状因子越大,平均Nu数Nu_ave越大。随着体积分数的增加,棒状、盘状和正方体状纳米颗粒均使热毛细对流的Nu_ave数减少,球状纳米颗粒条件下热毛细对流的Nu_ave数增加。Ma数越大,纳米流体热毛细对流的自由表面速度越大,对流换热效果也随之增强。      

相变微胶囊悬浮液的对流换热特性研究进展

相变微胶囊悬浮液是既具有流动性又兼具蓄热能力的功能性流体。相变微胶囊悬浮液在工作过程中涉及复杂的流体流动与传热以及储热过程,近年来成为国内外学者研究的热点。对相变微胶囊悬浮液在圆管、小(微)通道内的对流换热特性进行了综述,重点阐述了国内外学者对于相变微胶囊悬浮液是否能强化对流换热存在的分歧,并提出了自己的分析与看法。分析了圆管与小(微)通道对流换热机理的区别,最后概述了强化相变微胶囊悬浮液对流换热的方法。     

表面活性剂对Cu-H_2O和ZrO_2-H_2O纳米流体稳定性的影响

通过添加表面活性剂制备了Cu-H2O和Zr O2-H2O纳米流体,研究了十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和辛基苯基聚氧乙烯醚等表面活性剂对Cu-H2O和Zr O2-H2O纳米流体分散稳定性的影响;并利用分子动力学方法计算出不同表面活性剂分子与Cu/Zr O2颗粒表面的相互作用能。结果发现添加表面活性剂可较大程度地提升纳米流体的稳定性,而尤以添加十二烷基苯磺酸钠的效果最为明显,计算结果也显示十二烷基苯磺酸钠分子与Cu/Zr O2间的吸附作用最强。此外,还模拟了SDBS与Cu-H2O纳米流体中Cu颗粒的吸附行为。     

管壳式换热器强化传热的数值模拟分析

阐述了换热器管程强化传热强化管和管内插入物两种结构及其性能特点，并用场协同原理和数值模拟方法分析了其强化传热机理。模拟分析的结果为：光滑管内，速度矢量与温度矢量二者之间的夹角接近90℃，传热效果较差；在管内插入物情况下，两者之间的夹角小于90℃，流场和温度场的协同性更好，从而实现了强化传热。     

Al_2O_3-H_2O纳米流体相变蓄冷特性研究

在水介质中悬浮少量的纳米氧化铝颗粒(粒径20nm),通过添加分散剂和超声波振荡,制备成均匀分散的Al2O3-H2O纳米流体。对水和Al2O3-H2O纳米流体的相变蓄冷特性进行了实验比较。结果表明,加入纳米Al2O3可降低水的过冷度,缩短结冰时间;在相同的时间内,纳米流体的蓄冷量要大于纯水。     

Cu-水纳米流体的分散行为及导热性能研究

通过测定Cu-水纳米悬浮液的Zeta电位和吸光度,采用Hotdisk热物性分析仪测量了其导热系数,探讨了不同pH值和分散剂浓度对Cu-水纳米悬浮液分散稳定性和导热性能的影响.结果表明,pH值和分散剂加入量是影响Cu-水纳米悬浮液分散稳定和导热系数的重要因素.最优化的pH值和分散剂加入量能显著提高水溶液中Cu表面Zeta电位绝对值,增大了颗粒间静电排斥力,悬浮液分散稳定性较好,导热系数较高.从分散稳定和导热系数提高两个方面来考虑,pH=9.5左右被选为最优化值,在0.1%Cu-H2O纳米流体中,0.07%SDBS被选为最优化浓度.另外,Cu-水纳米流体的导热系数随纳米粒子质量分数的增大而增大,呈非线性关系,且比现有理论(Hamilton-Crosser模型)预测值大.