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。     

改性TiO2及其纳米流体的核沸腾传热特性

采用全氟癸基三甲氧基硅烷对纳米TiO₂进行改性,有效改善了纳米粒子的团聚性能。利用两步法分别制备相同浓度范围的改性前/后TiO₂纳米流体,考察了2组纳米流体的热导率、静态接触角对核沸腾传热特性的影响。结果表明,在质量分数为0.05%时,未改性纳米流体沸腾传热系数较去离子水最大提高16.3%,改性纳米流体传热系数可提高28.57%,且改性纳米流体临界热通量较未改性纳米流体降低11.68%。热导率和接触角是影响不同润湿性纳米流体具有不同沸腾传热特性的主要因素,润湿性较差纳米流体易提前起沸和形成核化点,但随热通量的增加会造成气泡合并、恶化传热。     

石墨烯高导热机理及其强化传热研究进展

石墨烯是纳米尺寸的碳材,具有极大的比表面积、优异的导热特性,在强化传热领域应用前景广阔。阐述了石墨烯高导热机理以及基底、温度、尺寸、结构等因素对其导热性能的影响。综述了石墨烯在导热、对流传热和相变传热领域中的强化效应和机理,分析了石墨烯导热和强化传热存在的问题和研究方向。     

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%。     

氧化石墨烯还原前后对脉动热管传热的影响

工业生产中主要通过化学方法将GO(氧化石墨烯)还原，制备RGO(还原氧化石墨烯)。文中将GO及RGO应用于PHP(脉动热管),分析比较它们的结构及热物性，及其对PHP启动和传热的影响。采用闭式3回路铜制PHP,垂直强制风冷散热，蒸发段电加热功率范围10—105 W。PHP充液率约50%,GO及RGO纳米流体质量分数均为0.05%。研究表明：在水中添加GO及RGO有助于改善PHP的启动及传热。加热功率为20 W时，GO及RGO纳米流体的强化作用率分别为37.4%和16.7%。随着加热功率的增加，强化作用有所下降。对于RGO纳米流体，当加热功率为105 W时，强化作用基本消失。与RGO相比，GO纳米流体的强化作用更大。主要归因于GO纳米流体湿润性、分散性及稳定性较好，表面张力及黏度较小。     

纳米技术在强化传热中应用的研究进展

采用纳米技术,通过改变传热流体的物性和流动特征以及传热表面的特性,能有效地强化传热。本文综述了纳米流体、纳米胶囊粒子潜热型热流体以及纳米涂层表面在强化传热中应用的研究进展,分析了各种纳米技术的强化传热机理,指出了现有研究工作存在的问题和今后研究的方向。     

石墨烯纳米片-乙二醇纳米流体光热转化特性研究

纳米流体应用于太阳能集热器是太阳能光热转化的重要突破,石墨烯纳米材料在可见光和近红外区域具有较好的吸收特性,实验基于Hummer法制备了石墨烯纳米片材料,对其进行表征。并配制了不同质量分数石墨烯纳米片-乙二醇纳米流体,将其在太阳能模拟器下进行闷晒实验,计算石墨烯纳米片的光热转化效率,并以基液作对比分析其光热转化特性。结果表明纳米流体溶液的光热转化效率随着其浓度的增加而提高,在达到临界值后光热转化效率不再提高反而降低。其中浓度为0.0007%(质量)时的石墨烯纳米片纳米流体溶液温度增加最高,为65.56℃,光热转化效率达到最高约为76.35%,较乙二醇效率升高49.65%。表明石墨烯纳米片具有良好的光学特性,在太阳能集热器中具有较好的应用前景。     

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。     

氧化石墨烯重力热管传热性能研究

实验研究了在氧化石墨烯纳米流体质量分数为0,0.01％,0.05％,0.1％,0.2％时,50,60,70,80,90℃加热温度和50％,60％,70％,80％充液率对重力热管启动性能和传热特性的影响.实验结果表明:氧化石墨烯纳米流体质量分数越大,重力热管热阻越小;在加热温度为90℃、充液率为60％时,质量分数为0.2...     

氧化石墨烯/自湿润流体脉动热管的传热特性

以氧化石墨烯分散液(浓度为0.5mg/mL)和正丁醇水溶液(质量分数为0.5%)的混合溶液(体积比2:5)为工质,充液率为50%,对不同加热功率条件下环路脉动热管稳定运行的传热特性进行实验研究,并与正丁醇水溶液和去离子水的传热性能进行对比,分析了混合溶液在脉动热管稳定运行时冷热端温差和传热热阻的变化特点,探究了氧化石墨烯对自湿润流体传热性能的影响。研究结果表明:在自湿润流体中加入氧化石墨烯能够强化脉动热管的传热特性,但是和脉动热管的加热功率密切相关;在低加热功率下,氧化石墨烯对自湿润流体脉动热管的传热特性没有强化作用;随着加热功率的增加,强化作用明显增强,而当加热功率过大时,强化作用又会逐渐减弱。     

基于尿素/氯化胆碱低共熔溶剂体系纳米流体制备及其热物性研究

随着电子工业的快速发展,传统换热工质由于其较低的热导率已无法满足越来越高的换热需求。另一方面,传统的换热工质受限其相对较窄的液程范围而无法使用于复杂的温况或特殊的工作条件。低共熔溶剂（DESs）具有与离子液体相似的低饱和蒸气压、高沸点及强稳定性等优势,在传热领域具有巨大的潜力。制备了以尿素/氯化胆碱低共熔溶剂体系为基液,石墨烯、Al₂O₃、TiO₂三种纳米粒子填充的纳米流体,研究了黏度、热导率等热物性与纳米粒子和基液组成之间的关系,并系统地研究了纳米粒子结构对其稳定性的影响。实验结果表明,纳米粒子的填充会在一定程度上增加基液的黏度,其中石墨烯填充的纳米流体的黏度增加最大。此外,石墨烯能显著提高DESs的导热性能,其中6%（质量）石墨烯纳米流体热导率相比基液可增加29.0%。     

多壁碳纳米管-水/乙二醇纳米流体在汽车散热器中的传热特性

实验研究了多壁碳纳米管（MWCNT）-水/乙二醇纳米流体在汽车散热器中的传热特性。在80%/20%的水/乙二醇基液中制备了5种不同体积分数（0.05%,0.1%,0.15%,0.3%和0.5%）的MWCNT纳米流体,通过研究超声波振荡时间对纳米流体稳定性的影响得出,超声波的振荡时间为1h时,纳米流体的稳定性较为良好。将体积分数为0.15%的纳米流体分别添加十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）作为分散剂进行稳定性实验,分别采用目测法和透射比法来评价纳米流体的稳定性,选出分散效果较好的分散剂种类和添加量并评价了两种纳米流体的稳定性,结果表明：CTAC的添加量为质量分数0.05%、SDBS的添加量为0.1%时,纳米流体的分散效果较好,并且CTAC的分散效果优于SDBS。分别使用单因素实验设计和正交实验设计对不同浓度的纳米流体在不同流速、温度下的传热特性进行分析,纳米流体的体积流量为2～6L/min,入口温度为45～65℃。结果表明,与基液相比,纳米流体的传热速率有了明显的提高,在本实验的最佳工况下（体积分数0.5％,6L/min,65℃）,传热速率可提升35.24%。使用熵值法计算出纳米流体的传热速率、压降和有效泵功的权重分别为0.626、0.035、0.340。基于多指标综合评价方法得出,与纳米流体的传热速率增加相比,纳米流体浓度对压降和有效泵功的不利影响可以忽略不计。     

CuO/H2O纳米流体的池沸腾传热及预测

通过络合-沉淀法合成氧化铜纳米颗粒,制备铜颗粒的直径在40～100 nm,晶型为正六面体。利用“两步法”制备水基氧化铜纳米流体。考察了不同质量分数纳米流体的热导率、接触角变化和加热表面颗粒沉积对核沸腾传热性能的影响,并利用可视化记录沸腾过程气泡行为。结果表明：在测试质量分数范围内,传热系数随热通量增加而增大,当质量分数达到0.1%时,强化率最大为146.1%。经过分析可知纳米流体的接触角度、热导率、颗粒沉积以及颗粒扰动对水基氧化铜纳米流体强化传热作用均有影响。通过高速摄像采集质量分数0.07%纳米流体沸腾过程验证结论的可靠性。并对纳米流体核沸腾传热过程建立气泡动力学经验模型,模型计算结果与实测值相对偏差在±10%以内。     

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。     

纳米流体黏度和流变特性的试验研究

对纳米流体黏度和流变特性的研究有助于揭示纳米流体强化传热和传质过程的机理。选用无水乙醇为基液,应用两步法制备了稳定性良好的纳米流体,采用CPE40锥板式黏度计测量了不同纳米粒子、体积份额、粒子粒径和温度下的纳米流体的黏度,分析了黏度随这些因素的变化规律。结果表明,纳米流体黏度随纳米粒子体积份额的增加而增大,随纳米粒子粒径的增大而减小,随温度的增加而降低,且这些因素对不同纳米流体黏度的影响不同。此外,还用Brookfield DVⅢ＋LVDV-E流变仪测量了不同纳米流体的流变曲线,结果表明,在所配制的体积份额内,各纳米流体的黏度不随剪切速率的变化而变化,为典型的牛顿型流体。     

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)。     

二氧化铈/水基纳米流体核沸腾传热特性

对CeO₂纳米流体进行了池沸腾传热特性研究,考察了CeO₂/水基纳米流体的热导率,静态接触角以及沸腾后表面沉积情况对沸腾传热的影响。结果表明,CeO₂纳米流体可提高沸腾传热系数,且纳米流体最佳质量分数为0.05%,其沸腾传热系数较去离子水提高36%。热导率以及接触角随纳米流体质量分数的增加而增加,在本实验范围内,热导率最大增加1%;而纳米流体接触角从50.5°增加到92.9°;表面沉积随纳米流体的质量分数增加越来越明显,去离子水在沉积表面的接触角发生较大变化(51.4°～134.4°)。纳米流体的热导率影响可忽略不计;而接触角和沸腾表面颗粒沉积对纳米流体的强化传热作用影响较大。     

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-...     

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。     

Lightnin静态混合器内纳米流体湍流传热特性分析

静态混合器作为一种高效传热传质连续流强化设备,在化工过程强化技术中具有明显技术特色。由于缺乏纳米流体的物性对Lightnin静态混合器（LSM）内传热特性影响的研究,一定程度上制约了LSM强化传热应用的进一步推广。本文采用混合多相流模型和SST k-ω湍流模型,在Re=8000~28000和恒热流密度条件下,从熵产以及速度场与温度场的协同性等方面分析纳米颗粒的体积分数、种类及粒径大小对LSM内传热特性的影响。结果表明,随着Cu纳米颗粒体积分数的增加,纳米流体的综合传热性能及温度场与速度场的协同性能逐渐增强,总熵产率和Be数逐渐减小,体积分数为0.5%~2.0%的Cu-H₂O的纳米流体在Re=8000~28000范围内的综合传热性能系数（PEC）分别达到2.16~2.25、3.16~3.25、3.94~4.15及4.64~5.16。Cu-H₂O、Al₂O₃-H₂O及CuO-H₂O这3种纳米流体相比,Cu-H₂O纳米流体的强化传热性能要远好于其他两种纳米流体,Al₂O₃-H₂O及CuO-H₂O纳米流体的平均PEC分别是Cu-H₂O纳米流体的0.47倍和0.46倍。随着Cu纳米颗粒粒径的增加,纳米流体的综合传热性能和温度场与速度场的协同性能逐渐减弱,总熵产率和Be数逐渐增加。