基于纳米流体热管的研究综述

综述了国内外基于纳米流体热管的研究状况,并对其未来的发展进行了展望。     

小倾角自湿润纳米流体重力热管传热特性

以质量分数为0.01%的氧化石墨烯分散液和质量分数为0.5%的正丁醇水溶液按3∶4的体积比混合后的混合溶液为工质，对小倾角下不同加热功率的重力热管传热特性进行分析，并与正丁醇溶液和去离子水的传热特性做对照。结果表明：在小倾角下氧化石墨烯的加入能够减小自湿润流体热管的传热热阻，但其强化作用与加热功率相关；低加热功率下氧化石墨烯的强化作用并不明显，当加热功率为20—120 W时氧化石墨烯的强化作用较为明显，当加热功率超过120 W后，氧化石墨烯的强化作用逐渐减弱。在正丁醇质量分数不变的情况下，当加热功率小于120 W、氧化石墨烯质量分数小于0.06%时，氧化石墨烯质量分数越大热管热阻越小，氧化石墨烯质量分数大于0.06%时热阻反而增大。当加热功率大于120 W后，质量分数越高热管热阻就越大。     

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。     

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。     

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%。     

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)。     

多壁碳纳米管-水纳米流体导热机理及重力热管实验研究

在考虑了纳米层的情况下对原有的Xue导热模型进行改进,研究多壁碳纳米管-水纳米流体的热传导性能,推导出纳米流体导热公式并将纳米流体运用到碳钢重力热管中,在不同质量分数下对单管传热进行实验研究。结果表明纳米层的存在提高了有效热导率;在相同条件下质量分数2%的多壁碳纳米管-水纳米流体重力热管传热性能最好,传热系数比普通水重力热管最大提高了40%。     

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。     

纳米流体热管启动过程的试验研究

对Al2O3-水、CuO-水和SiO2-水3种纳米流体热管进行测试,给出了这3种纳米流体热管启动过程的温度分布,并与水热管进行比较。结果表明,纳米流体热管启动方式为均匀启动;与水热管相比,其加热段启动温度降低,启动时间缩短;加热段和冷凝段的温差相比水热管降低了2~5℃;加热段长度对其启动过程影响较小。     

纳米流体在热管中的换热特性实验研究

在分析热管散热原理的基础上自制一套CPU热管散热系统，研究在不同纳米流体浓度下热管散热性能的变化情况。通过实验比较和分析，得到热管的最佳纳米流体浓度，从而最大限度地提高热管的实际散热能力。通过实验制备出CuO-水纳米流体，将其作为热管工质，建立一套热管换热性能的测试实验装置，使用装置并对热管进行换热性能测试。实验的各种参数：充液率为50%；纳米流体质量分数（ω）分别为1%、1.2%、1.4%。并与以水为工质的热管进行换热性能的对比，通过对不同CuO纳米颗粒浓度的CuO-水纳米流体热管实验结果分析发现:热管内CuO-水纳米流体的热传输具有一定的特殊性,通过多组实验掌握这种特殊性的规律，可以在一定条件下使得纳米流体在热管中起到强化传热的作用。     

Prediction of Nusselt Number and Friction Factor of Water-Al2O3 Nanofluid Flow in Shell-and-Tube Heat Exchanger with Helical Baffles

Heat transfer and flow field of water-Al₂O₃ nanofluid were simulated three-dimensionally in the shell-side of shell-and-tube heat exchanger with helical baffles. The effects of Reynolds number and volume fraction on heat transfer and pressure drop were evaluated. Increasing the volume fraction and Reynolds number intensified both heat transfer and pressure drop. Reduction of the Reynolds number increased the friction factor, but no considerable change was observed in the friction factor by increasing the volume fraction at constant Reynolds number. Heat transfer of the nanofluid revealed greater dependency on the volume fraction of particles at lower Reynolds numbers. Models of Nusselt number and friction factor were obtained in the heat exchanger in terms of Reynolds number and volume fraction using neural network. The neural network predicted the output variables with great accuracy.     

热管化学反应器的应用研究

热管是一种借助工质的相变进行热传递的高效换热元件。文章对乙苯脱氢反应器、环己醇脱氧反应器、均四苯二酸酐反应器、P2S5热管反应釜及顺酐反应器等热管式化学反应器的实验研究进展及结果进行了综述。认为将热管应用于化学反应器．可使生产能力得到显著提高，具有广泛的应用前途。     

高温热管换热器的应用前景

根据高温热管换热器的结构特点列举了几项高温热管换热器成功应用的实例 ,并对其应用前景及目前存在的问题作一简要分析 ,提出几点建议     

A Kind of Nanofluid Consisting of Surface-Functionalized Nanoparticles

A method of surface functionalization of silica nanoparticles was used to prepare a kind of stable nanofluid. The functionalization was achieved by grafting silanes directly to the surface of silica nanoparticles in silica solutions (both a commercial solution and a self-made silica solution were used). The functionalized nanoparticles were used to make nanofluids, in which well-dispersed nanoparticles can keep good stability. One of the unique characteristics of the nanofluids is that no deposition layer forms on the heated surface after a pool boiling process. The nanofluids have applicable prospect in thermal engineering fields with the phase-change heat transfer.     

Experimental Study on the Heat Transfer Enhancement of Oscillating-Flow Heat Pipe by Acoustic Cavitation

Experimental investigations on the heat transfer characteristics of an oscillating-flow heat pipe with acoustic cavitation in comparison with the ordinary oscillating-flow heat pipe are given in this article. The experimental results showed that the heat transfer rate of an oscillating-flow heat pipe with an acoustic cavitation field imposed on the evaporator section was higher than that without a cavitation field by 8–24.5%. It has been proved that acoustic cavitation can enhance the heat transfer performance of an oscillating-flow heat pipe. However, for the case of acoustic cavitation applied on the condenser section, not all ultrasonic fields applied were effective, and the heat transfer rate increased from ?39 to 77%. Further discussion on the experimental results is provided.     

热管倾斜波纹翅片强化传热三维数值模拟与分析

利用CFD计算软件FLUENT,对均匀倾斜波纹翅片和倾角渐增倾斜波纹翅片的流体流动和传热过程进行了数值模拟,得到了翅片表面温度场、速度场和压力场的分布情况,并将其强化传热效果与平板翅片进行了对比,应用流体力学和场协同理论分析了模拟结果.模拟结果表明倾斜波纹翅片具有较好的传热效果,为热管翅片强化传热的研究提供了理论基础.     

基于ANSYS对有保温层热力管道的热损失及接触表面温度分析

利用ANSYS有限元软件对含有保温层的热力管道进行热-固耦合分析。通过建立模型,确定参数和条件,进行热力分析,得到热力管道沿定义路径的温度场。为节能和保温层设计提供参数和帮助。     

热管式降膜吸收器的传热传质

对热管式降膜吸收顺溶液吸收传热传质并通过热管移出吸收热的过程进行了数值研究，根据所建立的数学模型，通过求解热管加热段外壁面溶液波动降膜的动态二维偏微分方程和热管传热方程，研究了膜雷诺数，低位余热温度，输出温度等因素对传热管质过程的影响，对进一步工作提出了新的见解。     

浅析热管换热器性能特点

简要介绍了热管换热器的发展现状。目前，由于热管换热器投资少、传热效果好和设备体积小，因而得到了广泛的应用。着重地介绍了几种热管换热器的性能特点，其中包括标准热管、重力热管、重力辅助热管和旋转热管，并且对其的性能进行了分析。利用热管换热器，不但可以缓解我国能源供需矛盾，而且还可带来较高的经济效益。