纳米流体对流传热的研究进展

将纳米颗粒加入到传统换热介质中形成的纳米流体是一种新型的强化传热介质。它不仅具有较高的单相对流传热系数,而且分散稳定,不容易磨损和堵塞管道。文中综述了纳米流体在对流条件下强化传热的实验研究进展及强化传热模型,并对实验结果和强化传热的机理及模型进行了简要分析。发现:纳米流体强化对流传热的效果与颗粒和基液的属性等有关;强化传热主要是由于导热系数的增加和纳米颗粒的运动及重新分布引起的物性变化等影响。同时提出了纳米流体对流传热研究中存在及有待改进的一些问题。     

Al2O3-CuO/水混合纳米流体对流传热性能及热经济性分析

为了探究管内混合纳米流体单相对流传热性能,实验对比研究了雷诺数为1040～7086范围内体积分数为0.02%的Al₂O₃-CuO/水(W)混合纳米流体及其相应的一元纳米流体的流动与传热特性。结果表明,纳米颗粒的添加导致在过渡区雷诺数范围提前,在层流范围(10402O₃/W和Al₂O₃-CuO/W纳米流体的Nu数与去离子水相比分别最大增加了32.09%和38.38%;而CuO/W纳米流体由于团聚体尺寸大,流体向前驱动力不足以克服自重易沉积于管内壁,传热效果反而比水差。在紊流范围(40732O₃/W和Al₂O₃-...     

混合纳米流体的对流换热及热经济性研究进展

综述了混合纳米流体在换热器中的对流换热及热经济性的研究现状。介绍了对流换热性能参数(总传热系数、对流换热系数、Nu数)的影响因素及变化机理。对混合纳米流体在换热器应用中的热经济性(热效率、熵产、火用损失、第二定律效率)进行了分析。     

不同磁场作用下Fe3O4/water纳米流体层流流动对流传热系数的实验研究

对体积分数为3%的Fe₃O₄/water纳米流体在不同温度、不同磁场大小和方向的均匀磁场和梯度磁场作用下的对流换热进行了详细的实验研究。首先,开展了纳米流体能量方程的量纲1分析,讨论了纳米流体强化换热的机理。发现磁性纳米粒子所受到的磁力远远大于布朗运动力。实验测试结果与量纲1分析相吻合,在垂直均匀磁场作用下,纳米流体层流流动的平均对流传热系数提高了5.2%;在垂直梯度磁场作用下,平均对流传热系数提高了9.2%。而在水平均匀磁场作用下,纳米流体平均对流传热系数下降了4.8%。另外,随着温度的升高,对流传热系数均逐渐升高。     

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。     

纳米流体传热性能研究进展与存在问题

介绍了纳米流体的制备技术,重点阐述了纳米流体传热性能特异性研究进展和存在的问题,同时对今后纳米流体研究的发展方向提出了展望。     

SiO2-乙醇纳米流体重力热管传热性能的试验研究

在Maxwell所提出的关于悬浮液导热系数的模型的基础上考虑了布朗运动、纳米颗粒之间的团聚和固液界面液膜层内液体分子规则排列对纳米流体导热系数的影响,研究了SiO_2-乙醇纳米流体的热传导性能,推导出了纳米流体导热公式,在不同质量分数、不同充液率以及不同粒径下对单管传热进行试验研究。结果表明:改进后的模型导热系数比原模型更大;相同粒径和充液率的纳米流体,质量分数在1.5%时传热效果最好;相同粒径和浓度的纳米流体,充液率32%时传热效果最好;相同浓度和充液率的纳米流体,15～20nm的SiO_2纳米流体传热效果更高。纳米流体的传热系数随着纳米颗粒平均粒径的减小而增大,这与推导的模型结果相符合。     

纳米颗粒强化相变流体传热性能的研究进展

相变流体是一种具有高载热密度的传热工质,但传热性能有待进一步提高.在相变流体中引入能显著提高流体传热性能的纳米颗粒是近年来兴起的研究课题.综述了纳米颗粒在微胶囊相变流体中强化传热性能的研究进展.结合笔者所在实验室的研究成果,介绍了纳米颗粒在相变乳状液方面的传热强化效果,最后提出了下一步工作的重点.     

边界条件对颗粒-流体对流传热的影响

对单个球形颗粒与周围流体的对流传热进行数值模拟,考察了等温边界、等热流量边界和流固耦合边界条件的影响。结果表明,流固耦合边界和等温边界所得时均面积加权努塞尔数与经验公式计算结果基本一致,等热流量边界模拟结果大于其它两种边界条件结果。时间平均局部面积加权努塞尔数的分布表明,当流动稳定且不发生分离时,努塞尔数从前滞点到后滞点逐渐减小;当出现非稳态涡旋时,努塞尔数从前滞点到分离角附近逐渐减小并出现最小值,后逐渐增大直至后滞点。     

微肋结构对纳米流体绕流圆柱热性能的影响

为了改善传统换热器和换热介质的传热效率,通过两步法制备了不同质量分数（0.1%,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%）的TiO₂-水纳米流体,发展了不同微肋结构（竖直肋片和环形肋片）的绕流圆柱换热系统,通过实验研究了圆柱表面微肋结构的类型（竖直肋片和环形肋片）及数量（N₁₍₂₎=4,6,8）、纳米颗粒的质量分数（ω=0, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%）、Reynolds数（Re=514~1205）对绕流圆柱换热系统的影响。结果表明,纳米颗粒的添加和微肋结构能有效提高传热效率,圆柱表面温度明显降低,其中质量分数为0.4%的纳米流体在竖直肋片数量为6时表现出更好的换热性能。     

内螺纹管内金属氧化物-水纳米流体传热特性的数值模拟

利用计算流体力动力学方法对恒定热流密度内螺纹铜管中的Fe2O3-水和Al2O3-水纳米流体的换热特性进行数值模拟,分析了纳米流体的质量分数、Re数和管道的不同水平位置对对流换热系数的影响,并将模拟结果与实验结果进行了对比,得到的模拟结果与实验结果趋于一致。模拟结果表明:在Re数为1000~2000的范围内,内螺纹铜管的径向与轴向方向上,Fe2O3-水纳米流体的传热效果好于同等质量分数的Al2O3-水纳米流体,轴向方向上,当Al2O3-水纳米流体的质量分数为0.4%时,对流换热系数最大提高38.8%。Fe2O3-水纳米流体的质量分数提高0.3%时,对流换热系数最大提高26.5%,而Re数变化对对流换热系数的影响要更强一些,最大提高78%。Fe2O3-水和Al2O3-水纳米流体的对流换热系数增长趋势的最佳质量分数在4%左右。     

磁场调控磁性纳米流体流动和传热研究进展

磁性纳米流体在实现能量高效和可控传递领域极具发展潜力。本文综述了磁场作用下磁性纳米流体对流换热及沸腾换热的最新进展,主要包括强制对流换热、混合对流换热、自然对流换热、池沸腾换热及管内沸腾换热等方面的实验研究,分析了磁场类型、强度、梯度、频率、方向及磁铁位置等对磁性纳米流体流动和热传输特性的影响,指出可通过改变外加磁场来实现对磁性纳米流体流动和传热的控制,并探讨了磁性纳米流体流-磁耦合作用下的传热机理以及目前所面临的挑战。在此基础上,提出了未来磁场调控磁性纳米流体对流换热和沸腾换热的主要发展方向：制备稳定的磁性纳米流体,建立系统有效的流动和传热理论模型,并从微介观尺度诠释热-流-磁耦合协同换热机理。     

石墨烯在纳米流体中的研究进展

石墨烯作为一种新兴的平面二维纳米结构材料,具有非常独特的理化特性,将石墨烯均匀地分散到各种用于换热的流体介质中所制备的纳米流体,与常规的基础流体相比,在强化传热方面具有极大的优越性和广泛的应用前景.本文介绍了石墨烯纳米流体的制备方法及其影响因素,分析了石墨烯纳米流体的流动与传热特性,总结了纳米流体的应用现状,最后指出了...     

炭黑纳米流体对火管式废热锅炉传热的影响

沥青气化生产合成气过程中有大量炭黑颗粒生成,炭黑颗粒对流体的流动和传热有较大影响。文章将含有炭黑纳米粒子的合成气定义为炭黑纳米流体,建立了炭黑纳米流体的单相流体模型,并用数值模拟的方法,分析了合成气中炭黑颗粒在传热中的作用。结果表明:炭黑粒子的直径、粒子流量对传热有很大影响。适当增加炭黑粒子的流量,可以增进传热,降低流动阻力。而炭黑粒子对火管废锅的产汽量影响很小。     

两亲性纳米流体太阳能重力热管传热性能研究

针对石墨烯/水纳米流体的分散不稳定问题,采用化学方法制备了不含表面活性剂的改性石墨烯/水两亲性纳米流体,研究了以改性石墨烯/水两亲性纳米流体为工质的太阳重力热管在不同加热功率、安装角度和浓度下的热性能。结果表明,与去离子水相比,两亲性纳米流体可以降低热管的启动温度。在实验加热功率范围内,当加热功率相对较小时,两亲性纳米流体热管的热阻明显低于去离子水;随着加热功率的增加,热阻差异可以忽略。当安装角度相对较小时,其对蒸发段传热能力影响较大。当加热功率为20 W,纳米流体质量分数从0.1%增加到0.6%时,蒸发段传热系数下降了54.7%;当加热功率为40 W,纳米流体质量分数从0.1%增加到0.6%时,蒸发段传热系数下降了48.9%。     

纳米流体强化传热技术及其应用新进展

综述了近年来纳米流体的制备、热传导、对流、沸腾换热等方面的最新研究进展,介绍了纳米流体在微管道散热器中的应用,并对纳米流体技术及应用的发展方向提出了展望.     

竖直圆管内纳米流体自然对流沸腾的临界热通量研究

对大气压下纳米流体在竖直细小圆管内自然对流沸腾特性和临界热通量(CHF)进行了试验研究.工质使用了水和水-氧化铜的纳米流体.试验中加热管长L=200～500 mm,管径d =2.1～5.4 mm和纳米流体浓度=0.1～1.0 %(wt).试验主要研究了不同浓度的纳米流体对CHF的影响.试验结果表明:相对于纯水而言,随着纳米浓度的增加,纳米流体的沸腾特性有所劣化,这主要是因为纳米颗粒在传热面上形成吸附层降低了传热表面的粗糙度,减少了表面活性核化密度,增加了传热面热阻,因此降低了传热能力.随着纳米浓度的增加,纳米流体的临界热通量也随之增加.纳米流体的临界热通量不仅与管长与管径比有关,而且还与纳米浓度有关;氧化铜颗粒质量浓度为1 %(wt)的纳米流体的CHF比纯水的增加了30%以上.     

石墨烯纳米片-水纳米流体重力热管的传热性能实验研究

制备不同充液率和质量分数的石墨烯纳米片-水纳米流体,并以石墨烯纳米片-水纳米流体作为工质,分别应用于玻璃热虹吸管和碳钢重力热管中进行重力热管传热性能实验研究,先后进行可视化实验、传热实验和启动性能实验。从可视化实验可知,加入分散剂、石墨烯纳米片的纳米流体其蒸发量大并且可以改善玻璃热虹吸管的间歇沸腾;传热实验中,30%充液率下0.250%质量分数的石墨烯纳米片-水重力热管的传热性能最好,相较于纯水重力热管输出功率最多能提高8%,传热系数最多可提高15.4%;在启动性能实验中,相对于纯水,纳米流体到达冷凝段花费时间长、冷凝段温度低,纯水重力热管启动速度更快。     

自然对流对吸热管内熔盐对流传热的影响

以熔盐为传热工质,对考虑熔盐自然对流情况下吸热管内传热进行了数值模拟。结果表明:同一Re数,吸热管内各熔盐入口温度的下侧Nu数大于上侧Nu数,熔盐入口温度越高Nu数越小,其管内下、上侧Nu数的差值越大。随着吸热管向上角度的增加,管内下侧Nu数逐渐减小,上侧Nu数逐渐增加,但各吸热管的平均Nu数基本一致。     

SiO_2-水纳米流体热管传热性能的实验研究

采用两步法制备颗粒粒径为15nm,体积分数分别为0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、1.0%、2.0%的SiO2-水纳米流体,并对该纳米流体作为工作介质的热管进行了传热性能实验研究。结果表明:SiO2-水纳米流体的热管具有良好的等温性能,传热性能明显高于水热管的传热性能(提高了1.35～1.70倍),热阻明显低于水热管的热阻(降低了0.58～0.74)。