纳米流体悬浮稳定性和电导率的关系研究

基于Maxwell电磁理论中电解质悬浮液中粒子质量分数和电导率之间的关系,提出了一种判定纳米流体悬浮稳定性的方法,并进行了实验验证。实验中,采用"两步法"经超声振荡制备了CuO/去离子水纳米流体。利用电导率仪测量了不同质量分数时纳米流体的电导率,建立了质量分数与电导率的关系,同时研究了温度对电导率的影响。结果表明电导率随着颗粒质量分数的增加而增加,随着质量分数的减小而减小;随着温度的增长,电导率只有微小变化,可以忽略温度对电导率的影响。     

太阳能集热Co-H_2O纳米流体比热容特性实验研究

采用两步法制配了Co-H_2O纳米流体,实验研究了纳米颗粒质量分数、直径、温度对纳米流体比热容的影响。结果表明:去离子水的比热随着纳米颗粒的添加不断减小,质量分数为0.1%和0.2%的Co-H_2O纳米流体比热比去离子水分别降低了2.88%和5.76%。随着温度的升高,纳米流体的比热容逐渐增大,并且纳米流体质量分数越大,其比热随温度变化的趋势相对低浓度的纳米流体越明显。粒径越小的纳米流体比热容越大。现有比热容计算模型与实验结果相差较大,不能直接用于计算。     

颗粒亲水性对纳米流体表面张力的影响研究进展

纳米流体作为一种新型换热介质,其表面张力的变化与流体沸腾换热等热物理性质有着密切的联系。纳米流体通常由"两步法"制得,其表面张力受温度、纳米颗粒粒径、纳米颗粒体积分数或质量分数等多方面影响。在前人的研究中,表面张力随流体温度的升高而减小,随纳米颗粒粒径的增加而增大,但表面张力随纳米颗粒体积分数或质量分数的变化情况则不一致。通过总结由不同颗粒与不同基础流体组成的纳米流体表面张力的变化趋势,分析纳米流体表面张力的变化与颗粒亲水性的关系。分析结果表明:亲水型颗粒与疏水型颗粒对纳米流体表面张力的影响恰好相反;亲水型纳米颗粒体积分数或质量分数不同时,其纳米流体表面张力的变化也不相同。     

纳米流体黏度与温度的关系研究

温度变化对纳米流体粘度的影响是很明显的。结果表明:含有表面活性剂的纳米流体的黏度在温度低于60℃时,黏度随温度的升高而降低,超过此温度后,纳米流体的黏度随温度的升高而升高。只含有纳米粒子的纳米流体黏度随温度的升高而降低,高温时黏度随温度升高而减小的幅度减小,而使用表面活性剂后黏度与温度的关系出现异常,高温时黏度随温度的增加而增加。随着温度的升高,纳米粒子的布朗运动加强,粒子的无序运动增加流体流动的阻力,虽然表面活性剂的使用提高了纳米流体的稳定性,但大分子结构的表面活性剂吸附在粒子周围,致使粒子作布朗运动时大大增加液体的粘性,以至高温时纳米流体黏度随温度的升高而升高。本研究还对Cu-water、ZrO2-water纳米流体的黏度与温度的关系式进行拟合,拟合公式与实验数据吻合,误差小于0.5%,拟合公式中纳米流体的黏度与温度、粒子体积分数和基液有关。     

纳米流体稳定性和粘度的影响因素分析

采用"两步法"制备质量分数为0.5wt%～4.0wt%的Cu-乙二醇纳米流体,研究超声时间、浓度和温度对纳米流体稳定性及粘度的影响。研究结果表明,温度为20℃时,分析经过超声15～75min处理的Cu-乙二醇纳米流体(4.0wt%)粘度发现,超声45min时其粘度最大;分析超声45和60min的纳米流体透射电镜(TEM)图像发现,超声45min时其稳定性更优;在乙二醇溶液里添加Cu纳米颗粒会影响流体的粘度,且粘度随粒子质量分数增大而增大,流体稳定性随质量分数增大而减小;Cu-乙二醇纳米流体的粘度随温度的升高而变小。通过分析实验数据,在修正已有的粘度模型基础上,拟合纳米流体粘度与粒子浓度、温度的关系,提出了新的粘度计算公式。根据固溶体的形成机理和能量最低原理对以上现象进行了理论解释。     

新型蓄冷材料Al2O3-H2O纳米流体初始冻结温度分析

纳米流体作为功能性材料在强化传热方面运用较广,但作为蓄冷剂时对其初始冻结温度的研究较少。本文选用500nm粒径的Al2O3颗粒,设定三种不同降温速率(1、5、10 ℃/min),配置了三种不同质量分数(0.01％、0.05％、0.1％)的Al2O3-H2O纳米流体,研究初始冻结温度和降温速率以及纳米流体质量分数之间的关系,试验分为九组,每组进行60次,记录初始冻结温度的数据得到其概率分布。结果表明:初始冻结温度值概率分布近似为高斯分布;增大降温速率会使冻结过程中流体初始冻结温度降低;而在不同降温速率下,初始冻结温度与纳米流体质量分数未呈现相同的变化趋势,随着降温速率的增大,初始冻结温度随纳米流体质量分数的增大由减小逐渐转变为增大,异质结晶对初始冻结温度的影响程度逐渐大于溶液黏度的影响程度。     

Al2O3纳米流体相变特性的DSC研究

纳米流体相变时所体现出的特性是其作为蓄冷相变材料使用的重要基础。利用差示扫描量热法分别测量了纳米颗粒粒径为10nm、20nm、50nm、100nm、500nm,质量分数为5%、10%、12%、15%、20%,以及降温速率为2℃/min、3℃/min、5℃/min、7℃/min、9℃/min的Al2O3纳米流体的凝固点、冰点、融化点、比热及相变潜热的影响。测量结果表明:纳米流体的凝固点、冰点值都高于去离子水;随着颗粒粒径、质量分数和降温速率的增加,纳米流体的凝固点、冰点逐渐升高,而比热值逐渐减小。融化温度随着颗粒粒径、质量分数的增加而增加,且随着降温速率的增加而小幅度的降低。去离子水的相变潜热值高于纳米流体的潜热值;随着纳米颗粒粒径的增加,潜热值越大;随着质量分数和降温速率的增加,相变潜热值越小。     

潜热型纳米流体粘度特性的实验研究

实验测量了潜热型纳米流体TiO2-BaCl2-H2O的粘度,分析了纳米粒子体积分数和温度对纳米流体粘度的影响.实验结果表明,在BaCl2水溶液中添加纳米TiO2会增加其粘度,且随着粒子浓度的增加,粘度增加越显著;粘度随温度降低而升高.潜热型纳米流体TiO2-BaCl2-H2O的粘度不随剪切应力的变化而变化,表现为牛顿型流体的流变特性.基于实验数据,建立了潜热型纳米流体TiO2-BaCl2-H2O粘度的计算模型,模型预测值与实验值的误差在2％以内.     

油基纳米流体的电导率

以1种典型成品油和2种典型原油为基液,采用两步法制备油基纳米流体,研究含不同质量分数的球形氧化铁纳米颗粒与大长径比碳纳米管对油样电导率的影响,分析油基纳米流体电导率变化的主要机理。结果表明:氧化铁油基纳米流体电导率没有明显增大,碳纳米管油基纳米流体电导率均显著增大;碳纳米管成品油基纳米流体的渗流阈值(质量分数,以下同)为0.27%,添加质量分数为2%的碳纳米管分散液的成品油基纳米流体电导率增大5.83×1010倍;2种添加碳纳米管的原油基纳米流体与成品油基纳米流体的电导率变化规律类似,渗流阈值为0.1%~0.3%,添加质量分数为0.5%的碳纳米管分散液的原油基纳米颗粒电导率增大近1 000倍;大长径比碳纳米管通过在原油中建立电桥,有效增大了原油电导率。     

添加TiO2纳米颗粒和分散剂的相变流体粘度实验研究

选定质量分数为30%的烃类相变流体作为基液,采用"两步法"配制了多种添加纳米颗粒(TiO_2)及分散剂(SDBS十二烷基苯磺酸钠)的相变流体,测试分析了纳米颗粒质量分数、粒径及分散剂质量分数对相变流体粘度的影响。结果表明,相同温度下,纳米颗粒质量分数越大,纳米颗粒粒径越大,相变流体粘度越大。而相变流体粘度随分散剂质量分数增大呈先减小后增大的趋势,当分散剂质量分数为0.1%时,相变流体粘度达到最小。     

温度和颗粒浓度对纳米流体粘度的影响

采用"两步法"制备了含有不同质量分数的TiO2-水纳米流体,并观察了其稳定性。测量了不同质量分数的纳米流体在15～40℃时的粘度,结果表明,纳米流体的粘度随颗粒浓度的增加而增大,随温度的升高而以指数形式降低,并且各种纳米流体的粘度随温度的变化趋势相似。结合实验数据,对已有粘度计算公式进行修正,提出了涉及温度和颗粒浓度的纳米流体粘度计算公式。     

ZnO掺杂的ZrO2(3Y)纳米复合相材料的中低温电导研究

采用交流阻抗技术对掺纳米ZnO的纳米ZrO2(3Y)复合掺杂材料在473—973K温度范围电导率随ZnO第二相质量分数(0．0％-5．0％(质量分数))的变化关系进行了研究。研究发现掺很少量的纳米ZnO(0．5％-1．0％(质量分数))，纳米ZrO2(3Y)材料晶粒和晶界电阻显著增加，电导率降低，原因在于缺陷缔合效应和晶界偏聚效应的加剧，阻碍了氟空位的迁移。随着ZnO掺入量的增加(＞1．0％(质量分数))，晶界电阻显著减小，晶粒电阻变化不大，总电导率回升，在中低温范围，总电导活化能与晶界电导活化能具有相同的变化趋势。     

双组分纳米流体强化泡状吸收过程的实验研究

文章的主要目的是利用双组分纳米流体作为吸收工作介质来强化NH3/H2PO泡状吸收的过程。在实验中,配制了稳定的CNTs-ammonia双组分纳米流体,并利用泡状吸收实验装置进行了双组分纳米流体的泡状吸收实验。对颗粒的质量百分比和氨的初始浓度等因素对双组分纳米流体强化泡状吸收过程的影响进行了系统的实验研究,并分析了其强化机理。实验结果表明,CNTs-ammonia双组分纳米流体的吸收强化效果随着纳米碳管质量百分比的增加而先增加后下降,并且随着纳米流体中氨的初始浓度的增加而增加。     

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.     

Cu-水纳米流体对流换热特性研究

建立了测量纳米流体流动与对流换热性能的实验系统,探讨了不同pH值、分散剂浓度和纳米粒子质量分数对Cu-水纳米流体对流换热性能的影响。结果表明:pH值对Cu-水纳米流体对流换热系数的影响较小,这个现象启发了我们将纳米流体应用到未来工业中,可以不考虑pH值对纳米流体对流换热性能的影响。分散剂加入量是影响Cu-水纳米流体对流换热系数的重要因素,从分散稳定、导热系数和对流换热系数提高三个方面来考虑,在0.1%Cu-H2O纳米流体中,0.07%十二烷基苯磺酸钠被选为最优化浓度。另外,Cu-水纳米流体的对流换热系数随纳米粒子质量分数的增大而增大,但其对流换热系数的增加明显低于导热系数的增加。     

直接吸收式太阳能集热纳米流体光热特性研究

采用两步法配制了Co-H2O纳米流体,针对不同粒径、不同质量分数、不同pH值的纳米流体,与去离子水一起同步测试了其光热转换特性。实验结果表明:纳米流体的温升速率及集热量明显优于去离子水的。纳米流体质量分数有一最佳值,实验中质量分数为0.1%时效果最好,其最高温度要比纯水高出30.3%。30 nm Co-H2O纳米流体的光吸收能力要强于50 nm Co-H2O纳米流体的。pH值对光热特性有较大影响,实验中p H=8效果最佳。Co-H2O纳米流体优异的光吸收性能表明其有望运用在直接吸收式太阳能系统中。     

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.     

pH对水合Al2O3纳米流体的稳定性和导热性的影响

利用两步法制备了Al2O3水合纳米流体，测试了不同pH值下，不同体积分数的～203纳米流体的zeta电位和导热系数，研究pH值对Al2O3．H20纳米流体稳定性和导热性的影响，实验结果表明：对不同体积分数的Al2O3纳米流体，pH存在一个优化值对应zeta电位的绝对值最大，而电位的绝对值越大，纳米颗粒在流体中分散稳定性越好，因此对Al2O3纳米颗粒来说，要得到稳定分散的纳米流体pH值应在8～9之间为最佳；同样随着pH的变化，也存在一个最优值对应于Al2O3纳米流体的导热系数增加到一个最大的值，并且导热系数随纳米粒子体积分数增加而增大。实验结果表明纳米流体的稳定性和导热性与pH有密切的关系，此结论与文献[6]和[13]中的结论一致。     

基于Al2O3纳米流体的槽式太阳能热发电集热器传热建模及性能分析

基于计算流体动力学中的有限体积法,研究了Al₂O₃/Syltherm800导热油纳米流体作为传热介质时槽式太阳能热发电集热器的性能,建立了真空管集热器的三维模型,进行了光学模拟和传热数值模拟,并通过实验进行了验证。在非均匀热流密度分布的情况下,研究了进口温度、进口流速等运行参数对采用纳米流体的槽式集热器传热性能的影响规律。结果表明:随着Al₂O₃体积分数的增加,槽式集热器的换热性能及热效率均有所提高;进口温度、进口流速等运行参数对集热器的传热性能影响很大,随着进口温度的上升和进口流速的减小,纳米流体对传热性能的影响程度逐渐增大。     

Al_2O_3-H_2O纳米蓄冷箱蓄冷效果的影响因素

本文采用低密度海绵吸附纳米流体(相变蓄冷剂)中的纳米颗粒,改变蓄冷剂(PCM)的热物理性质,以强化蓄冷箱的蓄冷效果。采用正交实验法,以胡萝卜为实验对象,箱内空气平均温度对时间的积分值为对比指标,分析海绵厚度(8 mm、16 mm、20 mm)、纳米流体质量分数(0.1%、0.15%、0.2%)、每千克蔬菜对应的蓄冷材料质量(0.429 kg、0.5 kg、0.571 kg)、蔬菜预冷温度(-1℃、4℃、12℃)对蓄冷效果的影响。研究结果表明:影响蓄冷效果的主次因素为蔬菜预冷温度、纳米流体质量分数、蓄冷材料质量、海绵厚度;蓄冷效果随着海绵厚度、PCM质量分数和PCM质量的增大而增强,预冷温度在4℃时较佳;由极差值可知,各因素的最优水平为海绵厚度20 mm、纳米流体质量分数0.2%、蓄冷材料质量0.571 kg、预冷温度4℃,但是从经济角度考虑,海绵厚度可以用16 mm代替20 mm,纳米流体质量分数可以用0.15%代替0.2%。该实验方法及结果具有指导借鉴作用,可以为后期的实验及分析提供理论基础。