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。     

微尺度流道中流体流动前沿的喷泉流动仿真

采用经典G a lerk in有限元法和N ew ton-R aphson迭代法,配合适当的边界条件实现了微流道中牛顿流体和剪切变稀流体前沿喷泉流动的数值仿真。结果表明:两种流体在喷泉流动区域的速度压力分布规律相同,在微尺度条件下流体的本构特性对喷泉流动的形式影响较小,仅是剪切变稀流体的喷泉区域略大于牛顿流体。在微尺度条件下,喷泉效应仍然是一种纯流体动力学现象。表面张力对微流体前沿喷泉流动区域的速度压力分布影响很小,但其在流体前沿自由表面上产生的切向应力使流体前沿的形状产生较大变形,与理想的半圆形相差较远。     

Cu-水纳米流体的稳定性及其粘度的实验研究

采用"两步法"制备了含不同质量分数的Cu-水纳米流体,分别对质量分数为0.10%、0.5%以及1%纳米流体的德定性及其粘度进行了实验研究,并与经典两相混合物粘度模型进行了比较.结果表明,添加分散剂SDBS能有效改善Cu-水纳米流体的稳定性,且当其浓度与Cu纳米颗粒的质量分数相当时,纳米流体的稳定最好;纳米流体的粘度随颗...     

以柠檬酸钠为分散剂一步法合成Cu-水导热纳米流体

以柠檬酸钠为分散剂,KBH4为还原剂,CuSO4·5H2O为氧化剂,采用一步法直接合成了Cu-水导热纳米流体。其最佳合成工艺条件为:n(CuSO4·5H2O)∶n(KBH4)=2.5∶1,柠檬酸钠的用量为0.07mol/L,温度为40℃,反应时间为100 min。TEM表征表明该导热纳米流体中Cu纳米粒子分散较均匀;经激光光散射仪粒度分析得其分散粒子平均尺寸为1.1nm;在25℃时测得该导热纳米流体的导热系数为0.7812 W/(m·K),比纯水的导热系数提高30%。     

亲/疏水纳米结构表面微通道内流体的流动行为

在毛细管微通道内壁沉积二氧化硅微球并加以亲/疏水改性,以此来构建亲/疏水纳米结构表面微通道,考察了一定粘度的羧甲基纤维素钠水溶液在光滑亲/疏水微通道和粗糙亲/疏水微通道中的流动行为。结果表明,保持压力恒定,光滑毛细管(基材)中的液体流量随着粘度和管长的增加而减小;粘度一定,压力增加,无论壁面光滑或粗糙,疏水管中的流量均大于亲水管,且粗糙管中疏水/亲水流量斜率比大于光滑管;在低压时亲水管流量大于疏水管,而高压时恰好相反。采用滑移理论和牛顿运动定律对上述现象进行了解释,本研究以期为合理地操控微通道内的流体流动提供有价值的指导。     

竖直管道内冰浆流体流动特性的数值模拟

为研究竖直管道内冰浆流体流动特性,采用基于颗粒动力学理论的两相流双流体模型,通过CFD模拟研究了竖直管道内冰浆流体的等温流动过程。结果表明,在竖直管道内冰浆湍流输送过程中,流速沿管道中心轴线处近似呈对称分布。当冰浆流速较低时,管道截面处冰粒子的速度分布梯度较小,浓度分布趋于均匀,而随着冰浆流速升高,冰粒子的流场及浓度场均呈现出一定的梯级分布:管道近壁面处冰粒子浓度较低,而管道中心处冰粒子浓度较高,并在略偏于管道中心轴线位置处冰粒子浓度达到峰值。竖直管道内冰浆流体的流向变化对速度分布影响较弱,但对冰粒子浓度分布会产生一定影响,进而使得冰浆流体的管道压降在不同流向时存在着一定差异。     

电流变流体在平板缝隙内的流动特性研究

为了从宏观角度研究电流变流体在平板缝隙内的流动，配制了一种电流变流体，并设计了实验装置，对电流变流体在平板缝隙内的流动进行了流体力学分析。通过实验建立了电流变流体在平板缝隙内流动时，缝隙前后压差△P、流量Q及加在缝隙上的电场强度E的关系方程，实验结果与理论结果对照发现：△P随E增加而增加，这一趋势是一致的，但流量越大，理论值与实验值偏差越大，并对其影响因素进行了讨论。     

利用水溶性纳米线制备微纳流体系统(英文)

在本课题的研究中,提出了一种利用水溶性钼酸钠铵纳米线和纳米探针系统来制备微纳流体系统的方法.借助这种方法可制备长度、直径以及横截面可控的的纳米通道.对于选用SU-8和聚二甲基硅氧烷(PDMS)两种材料组合而成的微纳流体系统而言,氧等离子处理可以很大程度上提高二者的键合强度并增加材料表面的亲水性.这种微纳流体器件在应用于离子输运、生物分子分离和其他相关研究上具有较大的发展前景.     

微通道气体流动特性研究进展

微机电系统内部存在微尺度流动现象,伴随微机电系统出现的微流量系统目前已广泛应用于气体微流控领域.研究微通道气体流动特性能够为微机械结构设计提供理论指导.在对气体流动尺度划分分析的基础上,阐述了各尺度流动特征及流动模型.重点调研了国内外微直通道和非直通道中充分发展段及进出口区域气体流动阻力特性,并对微尺度流场可视化实验方...     

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。     

Hybrid Nanofluid Flow with Homogeneous-Heterogeneous Reactions

This study examines the stagnation point flow over a stretching/shrinking sheet in a hybrid nanofluid with homogeneous-heterogeneous reactions. The hybrid nanofluid consists of copper (Cu) and alumina (Al₂O₃) nanoparticles which are added into water to form Cu-Al₂O₃/water hybrid nanofluid. The similarity equations are obtained using a similarity transformation. Then, the function bvp4c in MATLAB is utilised to obtain the numerical results. The dual solutions are found for limited values of the stretching/shrinking parameter. Also, the turning point arises in the shrinking region (λ < 0). Besides, the presence of hybrid nanoparticles enhances the heat transfer rate, skin friction coefficient, and the concentration gradient. In addition, the concentration gradient is intensified with the heterogeneous reaction but the effect is opposite for the homogeneous reaction. Furthermore, the velocity and the concentration increase, whereas the temperature decreases for higher compositions of hybrid nanoparticles. Moreover, the concentration decreases for larger values of homogeneous and heterogeneous reactions. It is consistent with the fact that higher reaction rate cause a reduction in the rate of diffusion. However, the velocity and the temperature are not affected by these parameters. From these observations, it can be concluded that the effect of the homogeneous and heterogeneous reactions is dominant on the concentration profiles. Two solutions are obtained for a single value of parameter. The temporal stability analysis shows that only one of these solutions is stable and thus physically reliable over time.     

CO2微通道气冷器流量分配和换热特性的数值模拟及验证

本文建立了CO_2微通道气冷器集流管和微通道扁管两部分的物理模型并进行网格划分,模拟研究了扁管插入集流管深度f分别为4、5、6 mm和入口管在集流管1/6、1/2位置处对质量流量分配的影响,实验验证了CO_2微通道气冷器扁管壁面温度分布。结果表明:当f为4 mm、入口管位于集流管1/6处时,质量流量分配最均匀,此时不均匀度为0.4×10~(-3);模拟扁管内CO_2换热特性发现随着CO_2质量流量的增加,扁管换热量增加,流量由2.3 kg/h增至2.5 kg/h,换热量提高了21.4%;当质量流量一定时,CO_2的出口温度随着CO_2入口温度的升高而升高,在不同CO_2入口温度条件下,微通道扁管壁面温度实验值与模拟值误差在10%以内,验证了模拟的准确性。     

Dual Branches of MHD Three-Dimensional Rotating Flow of Hybrid Nanofluid on Nonlinear Shrinking Sheet

In this study, magnetohydrodynamic (MHD) three-dimensional (3D) flow of alumina (Al₂O₃) and copper (Cu) nanoparticles of an electrically conducting incompressible fluid in a rotating frame has been investigated. The shrinking surface generates the flow that also has been examined. The single-phase (i.e., Tiwari and Das) model is implemented for the hybrid nanofluid transport phenomena. Results for alumina and copper nanomaterials in the water base fluid are achieved. Boundary layer approximations are used to reduce governing partial differential (PDEs) system into the system of the ordinary differential equations (ODEs). The three-stage Lobatto IIIa method in bvp4c solver is applied for solutions of the governing model. Graphical results have been shown to examine how velocity and temperature fields are influenced by various applied parameters. It has been found that there are two branches for certain values of the suction/injection parameter b: The rise in copper volumetric concentration improved the velocity of hybrid nanofluid in the upper branch. The heat transfer rate improved for the case of hybrid nanofluid as compared to the viscous fluid and simple nanofluid.     

纳米流体的研究进展及其关键问题

分析了纳米流体的制备、表征、传热特性、机理以及应用等方面的最新研究进展。指出开发纳米流体调控合成新技术、建立纳米流体微观结构及热特性测试标准、加强纳米流体换热与其微观结构关联性研究将是纳米流体下一步研究的重点。     

纳米流体的稳定性研究

从分散体系的稳定因素、纳米颗粒间的相互作用力、分散体系的沉降-扩散平衡、表面活性剂的作用等方面对纳米流体的稳定性进行了理论分析,结果表明,降低纳米颗粒的表面自由能、减小纳米颗粒与基液间的密度差、减小基液的黏度等都可提高纳米流体的稳定性。通过静置对比试验和TEM表征,研究了表面活性剂对提高纳米流体稳定性的作用。     

封闭腔内纳米流体自然对流换热的数值模拟

采用数值模拟方式研究充满了纳米流体的封闭腔内的稳态自然对流。重点分析了纳米颗粒的体积分数,Ra数以及不同类型纳米颗粒对自然对流换热特性的影响。数值模拟结果表明:在纯水中加入纳米颗粒可以显著提高基液的自然对流换热特性;对于给定的Ra数下,随着纳米流体的体积分数增大,纳米流体换热效果显著增强;对于给定的体积分数下,随着Ra数增大,纳米流体的换热强度也随之增大,并且换热机理由热传导为主变为热对流为主;通过Ag,Cu,CuO和Al2O3四种纳米颗粒的对流换热效果比较分析得出,金属Ag和Cu纳米颗粒比金属氧化物CuO和Al2O3的纳米颗粒制备的纳米流体的对流换热效果更好。     

基于递归图的两相流流动特性分析与流型识别

基于数字化电阻层析成像(ERT)系统采集的垂直管道气液两相流实验数据,通过计算不同时刻系统采集的数据均值,生成一维时间序列并进行相空间重构,绘制递归图。对绘制的递归图进行阈值分割,并分析了两相流流动特性。计算了不同流型对应无阈值递归图的图像信息熵范围：泡状流为0.570～0.660;泡状流到弹状流过渡流型为2.300～3.200;弹状流为3.650～4.100;段塞流为4.300～4.600;段塞流到混状流过渡流型为4.650～4.950。结果表明各流型递归图图像信息熵范围分隔明显,可有效识别这5种流型。     

MHD Boundary Layer Flow of a Power-Law Nanofluid Containing Gyrotactic Microorganisms Over an Exponentially Stretching Surface

This study focusses on the numerical investigations of boundary layer flow for magnetohydrodynamic (MHD) and a power-law nanofluid containing gyrotactic microorganisms on an exponentially stretching surface with zero nanoparticle mass flux and convective heating. The nonlinear system of the governing equations is transformed and solved by Runge-Kutta-Fehlberg method. The impacts of the transverse magnetic field, bioconvection parameters, Lewis number, nanofluid parameters, Prandtl number and power-law index on the velocity, temperature, nanoparticle volume fraction, density of motile microorganism profiles is explored. In addition, the impacts of these parameters on local skin-friction coefficient, local Nusselt, local Sherwood numbers and local density number of the motile microorganisms are discussed. The results reveal that the power law index is considered an important factor in this study. Due to neglecting the buoyancy force term, the bioconvection and nanofluid parameters have slight effects on the velocity profiles. The resultant Lorentz force, from increasing the magnetic field parameter, try to decrease the velocity profiles and increase the rescaled density of motile microorganisms, temperature and nanoparticle volume fraction profiles. Physically, an augmentation of power-law index drops the reduced local skin-friction and reduced Sherwood number, while it increases reduced Nusselt number and reduced local density number of motile microorganisms.     

多元平行流冷凝器传热流动性能研究

平行流冷凝器空气侧采用间断型扩展表面的波纹型百叶窗翅片,制冷剂侧采用小水力直径的非圆截面微通道多孔铝制扁管,选用适合于该微尺度强化换热结构的传热和压降关联式,对某规格的平行流冷凝器建立数学模型并在一定工况下进行数值模拟.结果分析表明,制冷剂在非圆截面微通道内的冷凝过程中,表面张力对表面传热系数的强化效果明显;通过改变流程数和各流程管数来改变冷凝过程中的流通截面而达到调整流速的作用,从而可以保持较高的冷凝换热系数和较低的流动压降,与常规换热器相比具有显著的优越性.     

分散剂对纳米流体影响的研究进展

添加分散剂来提高纳米流体的分散稳定性是制备纳米流体时一种常用的方法,分散剂除了对纳米流体的分散稳定性有着重要影响外,还会对纳米流体的其他特性(例如导热性、粘度等)产生重要的影响。综述了分散剂对纳米流体影响的研究进展,主要总结了分散剂对纳米流体稳定性、导热性和粘度的影响,发现分散剂的种类和浓度都是影响纳米流体各项特性的关键参数,认为分散剂配比的选择必须考虑其综合影响,为分散剂运用于纳米流体方面提供了研究参考。