石墨烯纳米流体沸腾传热研究进展

介绍了石墨烯纳米流体沸腾传热的最新研究,从石墨烯纳米流体的制备、物理特性、沸腾换热和工程应用四个方面阐述石墨烯纳米流体的换热强化特征。对石墨烯纳米流体制备方法和物理性质进行总结,分析其稳定性特征和换热特征;通过研究石墨烯纳米流体沸腾过程中换热系数、临界热流密度、加热表面形貌和纳米流体浓度的变化指明石墨烯纳米流体对于强化沸腾传热的突出作用;通过综述石墨烯纳米流体的工程应用,说明其具有推广潜质,为后期研究指明方向。     

纳米流体在不同类型热管中传热特性研究进展

本文概述了近年来纳米流体的制备和热特性以及不同纳米流体材料在振荡热管、重力热管、平板热管中应用传热特性研究,总结了目前纳米流体应用于热管中存在的颗粒滞纳性、不均匀分散等问题并进行了分析.大量研究表明:使用金属纳米颗粒、合适的纳米流体配比等可有效强化热管传热,当纳米流体质量分数范围为0.01％～3.00％时,传热效率存在峰值.通过对若干最新的纳米流体热管相变传热模型开展了传热模型新实验工况的适用性分析,发现Mohseni模型在新条件下的平均计算偏差约为±13.8％,并基于该模型提出更适用于新工况的模型,其平均误差为±3.4％.通过深入分析当前纳米流体传热应用存在的问题,本文提出寻找颗粒聚合纳米流体的二次非接触反聚合手段是未来纳米流体在热管中可靠应用的重点研究方向.     

自激振荡流热管内Cu-水纳米流体的传热特性

对工质为Cu-水纳米流体的自激振荡流热管在不同激光加热功率下的热传输特性进行了实验研究,并对工质为蒸馏水的自激振荡流热管的传热性能进行了比较.通过对不同的充液率、Cu纳米颗粒份额的Cu-水纳米流体自激振荡流热管实验结果分析发现:自激振荡流热管内Cu-水纳米流体的热传输具有一定的特殊性,在一定条件下纳米流体可以起到强化传热的作用,但决定纳米流体自激振荡流热管热传输性能的参数应是充液率.     

多壁碳纳米管水基纳米流体重力热管传热特性数值模拟

为揭示多壁碳纳米管水基纳米流体应用在重力热管中的传热特性,基于多相流模型(VOF)建立其重力热管数值模型,并将数值结果与实验数据进行对比验证。以热阻作为性能评价指标,改变加热功率和充液率,讨论二者对热管换热性能的具体影响。通过添加传热传质源项来编写用户自定义函数(UDF)完成内部流体蒸发冷凝过程中的相变模拟。模拟结果表明:该数值模型能够较好模拟多壁碳纳米管水基纳米流体应用重力热管内部复杂的流动与传热过程;在选定的加热功率及充液率参数范围内,该重力热管的整体热阻随蒸发段加热功率的增大而减小,随充液率的增大而增大。     

纳米流体在不同类型热管中的传热研究进展

纳米流体作为一种新型的高导热材料引起了持续关注,本文针对不同的纳米流体材料在振荡热管、重力热管、平板热管中的传热效果,概述了近年来纳米流体的制备、热特性以及在热管中应用的传热研究,总结了目前纳米流体应用于热管中存在的颗粒滞纳性、不均匀分散等问题并进行了分析。大量研究表明,使用金属纳米颗粒、合适的纳米流体配比等可有效强化热管传热,在体积分数为0.25%~1.50%或质量分数为0.01%~3.00%范围下,传热效率存在峰值。此外,对若干最新的纳米流体热管相变传热模型开展了传热模型新实验工况的适用性分析,发现Mohseni模型在新条件下的平均计算偏差约为±13.8%,并基于该模型提出更适用于新工况的模型,其平均误差为±3.4%。提出寻找颗粒聚合纳米流体的二次非接触反聚合手段是未来纳米流体在热管中可靠应用的重点研究方向。     

氧化石墨烯脉动热管传热性能实验研究

通过实验研究以氧化石墨烯分散液为工质的脉动热管的传热性能。实验采用1mg/m L的氧化石墨烯分散液,所得结果与以去离子水为工质的脉动热管传热性能进行比较发现:氧化石墨烯对以去离子水为工质的脉动热管传热性能具有强化作用,但是和脉动热管的加热功率密切相关。在加热功率低于20 W时,氧化石墨烯对脉动热管的强化作用较弱;当加热功率在30~60 W时,氧化石墨烯对脉动热管的强化作用较强,在3.71%~11.33%之间,且强化作用随加热功率的增大呈逐渐增强趋势;但随着功率继续增大,氧化石墨烯的强化作用逐渐减弱,当加热功率达到80 W后,热管传热性能减弱,原因可能是氧化石墨烯颗粒出现了沉降现象。     

活塞内冷油腔中纳米流体振荡流动与传热特性影响因素研究

采用计算流体力学的方法,研究了分别含Al₂O₃、Cu O、Si O₂的3种纳米机油在纳米颗粒体积分数为1%、3%、5%时相对于传统机油的振荡传热能力和机油在油腔内流动的规律。结果表明,纳米颗粒的加入改变了流体的物性参数,纳米流体的传热效果比传统机油更好,且内冷油腔的传热系数随着纳米流体体积分数的增加而增加,但对内冷油腔内瞬态机油的瞬态分布和充油率的影响不大;纳米流体的黏度、密度、导热系数、比热容都能影响内冷油腔的传热性能,密度的增加会使流体对壁面的冲击作用更强,从而增强油腔的传热能力;在纳米颗粒体积分数为5%时CuO纳米机油的传热系数比Al₂O₃、SiO₂纳米机油分别高8.2%和14.6%。     

甲醇乙醇混合工质振荡热管传热性能研究

混合工质可为振荡热管带来独特的传热性能．比较甲醇、乙醇纯工质以及甲醇-乙醇混合工质振荡热管在不同充液率时的热阻随加热功率的变化情况,结果发现：在小充液率（45％）时甲醇-乙醇混合工质和乙醇振荡热管开始烧干时的加热功率高于甲醇工质振荡热管;在加热功率不是很大（低于65W）和大充液率（62％～90％）时,甲醇以及甲醇-乙醇混合工质振荡热管的传热性能优于乙醇振荡热管;在大加热功率（高于65W）和大充液率（62％～90％）时甲醇以及甲醇-乙醇混合工质振荡热管的热阻十分接近,均低于乙醇工质振荡热管的热阻,且热阻随着充液率的增加曲线变化越来越平缓．     

纳米流体强化传热研究分析

文中综述了目前国内外对于纳米流体强化传热技术的研究情况,分析了纳米流体的强化传热机理及添加纳米粒子后对液体的物性参数--粘度、比热、密度、流体流动的影响;说明了石墨/水纳米流体及Fe3O4/水纳米流体导热系数和对流换热系数测量实验的原理及结果,并对结果进行了分析,实验结果表明纳米流体强化了传热.     

水基石墨烯量子点纳米流体主要物理化学特性研究

在液体中添加固体纳米粒子是提高工质换热能力的一种有效途径,利用超声震荡法将石墨烯量子点扩散于去离子水中制备了水基石墨烯量子点纳米流体,研究其物理稳定性、流变性能、热力学性质、光学性能和腐蚀特性。结果表明：在实验选定的加入量范围内,制备的水基石墨烯量子点纳米流体具有较高的物理稳定性,石墨烯量子点的加入对基液黏度的影响不大;在水中添加少量的石墨烯量子点就能显著地提高流体对太阳辐射能的吸收率,并且显著提高基液的导热系数;与去离子水相比,水基石墨烯量子点纳米流体能加速铜的腐蚀,抑制碳钢的腐蚀,对不锈钢的腐蚀性与去离子水几乎相同。水基石墨烯量子点纳米流体的特性表明,它有潜力成为一种新的流体换热工质。     

井筒重力热管传热特性的研究

井筒重力热管是利用热管将油藏自身能量即井底热量传递到井筒上部,在无需外加动力条件下实现对井筒近井口流体加热,改善井口流体温度分布,防止近井口结蜡和絮凝,从而降低采油成本。本文利用N-S方程,根据液膜内微元体的质量守恒、动量守恒和热平衡原理,模拟分析重力热管冷凝段冷却温度、加热段加热功率、冷凝段、绝热段长度以及热管内径等参数对热管运行的影响。研究变参数下热管内液膜厚度变化以及冷凝和蒸发换热系数的变化,进而分析得出变参数时重力热管传热特性,为优化重力热管参数和提高热管的换热性能提供了理论依据,从而使重力热管在最佳传热状态下运行,提高其换热效率。     

开式热管传热特性的实验研究

对新型换热元件开式热管的传热特怀进行了实验研究，结果表明开式热管存在两个传热转折点。其实际工作的最佳范围应在两个传热转折点之间。本文给工度经、小孔直径及小孔位置变化工式热管传热能力的实验结果。为合理设计开式热管理提供了参考实验数据。     

单回路脉动热管传热特性研究

试验研究了单回路紫铜-水脉动热管在3种充液率下的传热性能,理论分析了不同加热功率和充液率下工质的干度、流速、显热和潜热及其份额的变化特性。结果显示:较小传热功率时,减小充液率或增大加热功率会提高热管的传热性能;而较高传热功率时,充液率和加热功率对热管的传热性能影响较小。增加传热功率或减小充液率,会提高管内工质的流速及流量,提高热管的潜热传热量及潜热传热份额;显热量随加热功率和充液率的增加而增大。     

超临界内径氦低温振荡热管传热性能模拟研究

氦基低温振荡热管(COHP)作为一种新型传热结构,可用于平衡局部热点,提高超导体传热性能。文中建立二维四匝氦基COHP理论模型,通过计算流体动力学(CFD)仿真,分析氦基COHP的流动和传热性能。结果表明,温度变化过程由初始阶段、运行阶段和运行阶段组成。随着氦基COHP中流动模式的发展,在蒸发加热下形成泡状流,随后逐渐形成塞状流。COHP氦气传热主要是由振荡气液柱的相变引起,运行阶段的温度振荡周期在0.9～1.5 s之间。当COHP内径为超临界内径1.08 mm时,与0.5 mm内径的氦基COHP相比,有效导热系数为2 300～3 300 W/(m·K)。     

纳米流体传热强化技术

主要汇总了国内外纳米流体传热强化技术的研究成果,对纳米流体传热强化技术的国内外研究发展状况进行了综述;针对纳米流体的物性参数及流动情况,分析了纳米流体的强化传热机理;并具体阐述了纳米流体的主要物性参数——导热系数和粘度的影响因素;叙述了纳米流体的在各个领域中的应用并对其未来进行了展望。     

石墨烯-铜纳米流体液滴蒸发特性的实验研究

文中针对纯石墨烯、纯铜纳米流体液滴以及石墨烯-铜混合纳米流体液滴在铜基底表面的蒸发特性开展了实验研究,分析了纳米粒子质量分数、石墨烯与铜配比对液滴蒸发过程中接触角和接触直径动态演化以及蒸干后粒子沉积形貌的影响。结果表明:纯石墨烯纳米流体液滴的初始平衡接触角大于纯铜纳米流体液滴、蒸发过程平均接触角小于纯铜纳米流体液滴;纯石墨烯纳米流体液滴蒸干后粒子密集地堆积在中心和边缘位置、边缘形成沉积环、中心形成粒子均布图案,纯铜纳米流体液滴蒸干后形成明显的咖啡环。在混合纳米流体液滴中,随着石墨烯含量的增加,初始平衡接触角增大、蒸发过程平均接触角减小、液滴蒸发速率增大、液滴蒸干后铜基底表面中心区域粒子密度增大。     

管内疏水壁面纳米流体的传热与减阻特性研究

纳米流体强化对流传热的同时,往往不可避免地增加流动阻力,这将增大泵功,造成能量的浪费。疏水壁面具有减阻的特性,将纳米流体与疏水壁面相结合,试图达到既强化传热,又减小流动阻力的目的。多数的疏水壁面制备工艺,仅可处理小尺寸的平直壁面,,而无法在面积和曲率较大如管路内壁面做疏水处理。利用简单的置换反应方法,辅以低表面能苯甲酸修饰剂,制备得到了疏水的铜管内壁面。纳米流体在疏水壁面的对流传热和流动阻力实验结果表明,体积浓度2.000%的SiO2/DI-water纳米流体,可将对流传热系数提高18.10%,同时使达西摩擦系数降低4.9%。纳米流体和疏水壁面的搭配组合,是推动纳米流体在传热领域中广泛应用的有效方案。     

分离式热管蒸发段传热特性的研究

在研究分离式热管蒸发段流动特性的基础上,对其传热特性进行了系统的试验研究和理论分析,首先分析了核态沸腾传热区及飞溅降膜传热区的换热原理;根据数据回归整理了核态沸腾传热区和飞溅降膜传热区的换热系数无量纲准则关系式,与试验数据吻合较好;并将它们与其它关系式进行了比较,得出了有用的结论,其结果为分离式热管的研究及工程应用提供了理论依据。     

氧化石墨烯对脉动热管传热性能的影响

实验选用外径为4mm、内径为2mm的铜质脉动热管研究了氧化石墨烯对以去离子水和体积分数为50%的乙醇溶液为工质的脉动热管传热性能的影响。实验分别采用加有少量氧化石墨烯的去离子水溶液(简称氧化石墨烯水溶液)和体积分数为50%的乙醇溶液(简称氧化石墨烯乙醇溶液),氧化石墨烯质量分数均为0.03%。实验发现：氧化石墨烯对以去离子水为工质的脉动热管传热性能具有强化作用,对以体积分数为50%的乙醇溶液为工质的脉动热管传热性能的影响较差,但都和脉动热管的加热功率密切相关。对于以去离子水为工质的脉动热管,在加热功率低于20W时,氧化石墨烯对脉动热管的强化作用较弱;当加热功率在30～60W之间时,氧化石墨烯对脉动热管的强化作用较强,在3.71～11.33%之间,且强化作用随加热功率的增大呈逐渐增强趋势;但随着功率继续增大,氧化石墨烯的强化作用逐渐减弱,当加热功率达到80W后,热管传热性能减弱,原因可能是氧化石墨烯颗粒出现了沉降现象。     

开启式重力热管传热特性的实验研究

对φ38 mm×3 mm,长1 600 mm的开启式碳钢-水重力热管进行了传热性能的实验研究.实验为0.02～0.8 MPa,2.5～9.6 kW.对负压下开启武重力热管的传热性能首次进行了研究,发现负压与正压的传热规律相似,但传热性能较正压差.实验结果表明,开启式热管具有较好的传热特性,性能稳定,可作为高温烟气余热锅炉的传热部件.根据实验数据回归了开启式重力热管沸腾换热系数实验关联式,可用于工程实际.