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。     

含GNs甲醇-水二元工质热虹吸管的动力电池散热特性研究

动力电池工作温度过高和温差过大都会导致其性能快速衰退,有效的热管理系统应将电池最高温度和电池模块表面温差控制在允许范围内。基于石墨烯纳米颗粒的甲醇-水二元混合工质热虹吸管的传热特性研究结果,选用充液率50%、石墨烯含量0.02wt%的甲醇-水二元工质热虹吸管为换热器件,搭建电池热管理实验测试装置,研究了模拟电池在1, 1.5, 2 C三种放电倍率下的散热性能,与自然对流和强制风冷散热进行对比。结果表明,热管散热方式三种放电倍率对应的电池最高温度分别为28.89, 32.12及35.76℃;热管散热方式平均升温速率最低,在2 C放电倍率时仅为0.525℃/min;2 C放电倍率下热管散热系统相比风冷散热方式温度下降了22.48%,相比自然对流温度下降了49.13%;三种放电倍率下热管散热系统的散热效率最高,且均超过了70%。研究结果可为热管散热系统应用于电池热管理系统提供理论依据和数据支撑。     

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%。     

振荡热管内不同形态纳米颗粒流动及传热特性

主要针对不同形态的纳米颗粒在振荡热管内的流动及热传输特性进行了实验研究。在相同的压力、相同的热管倾角、不同的充液率条件下,对振荡热管内工质分别为Cu-水纳米流体以及Cu-水纳米流体中Cu纳米颗粒沉积后溶液的流动以及热传输特性进行了实验研究,并与工质为蒸馏水时进行了对比实验分析,以此来研究振荡热管内气、液以及纳米颗粒多相流动存在时,对热管传输特性的影响。实验表明：当振荡热管内存在气、液以及不同形态的纳米颗粒多相流动时,对其传热特性会产生很大的影响,在一定条件下会起到强化传热的作用。     

水基石墨烯纳米流体在矩形小槽道内的流动换热特性

测试了水基石墨烯纳米流体的部分热物性,研究了不同浓度、雷诺数(Re)和加热功率条件下水基石墨烯纳米流体作为换热工质在设计的矩形结构小槽道内的对流换热性能。结果表明,层流状态(Re=500~2000)下,矩形槽道壁面温度随Re增大逐渐降低,随加热功率增大逐渐升高,与常规流体换热特性一致;在相同Re和换热功率条件下,随纳米流体浓度增大,壁温逐渐减小;水基石墨烯纳米流体的换热强度比基液去离子水提升较大,Re=2000、加热功率为210 W时,浓度为0.03wt%的水基石墨烯纳米流体的平均努塞尔数(Nu)为9.3,比基液水提升48.8%;受入口效应影响,沿槽道长度局部对流换热系数逐渐减小,最高可达25674.5 [W/(m2?℃)],较基液水最大可提高39.1%;Re=500~1400时,石墨烯纳米流体的流动换热强度随Re增大明显增强;由实验数据结合理论模型拟合了适用于石墨烯纳米流体对流换热强度的计算式,计算结果与实验结果最大相对误差不超过25%,平均相对误差仅为4.8%。     

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%。     

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%。     

潜热型功能热流体在微小管道内的换热特性

针对现代电子器件的散热需求,采用潜热型功能热流体为工作介质进行实验,并搭建流动换热实验台,研究5%、10%和15%质量分数下潜热型功能热流体与去离子水在微小圆形管道内的换热特性,结果表明,在雷诺数Re为300~1000范围内,潜热型功能热流体均表现出比水更好的冷却性能及更低的壁面温度,在实验测试范围内,相变引起的壁面温度降低率最大可达26.8%;潜热型功能热流体平均Nu随着流动Re数的增加而增加,并通过对实验数据分析,拟合了平均Nu数与流动Re数、质量浓度和流体Pr数的经验公式,最大偏差不超过7.5%,可以较好反应潜热型功能热流体的换热特性;潜热型功能热流体沿着管道长度方向的强化换热比与潜热型功能热流体浓度及流动Re数有关,存在强化换热的最佳长度。     

高热流密度电子元件中热管散热技术的进展

散热器的散热性能是影响电子元件使用寿命与安全性的重要因素,热管以其空间尺寸小、冷却能力高、无需消耗动力等优点在高热流密度元件的散热技术领域得到广泛应用.文中总结了热管散热器整体结构设计的创新尤其是热管的不同排布和组合,研究了热管元件性能的提高包括热管内部吸液芯的改进、复杂结构吸液芯的制造,分析了纳米流体工质的引入对换热效果的强化,介绍了散热器热性能分析和参数优化的相关方法.通过分析总结国内外研究成果,提出了新概念热管散热器的结构设计、纳米流体理论模型及复合吸液芯的加工制造等方面的发展趋势与展望.     

水-铜纳米流体强化小型毛细泵回路换热特性

在稳定的低压条件下,对以水-Cu纳米流体为工质的小型平板式毛细泵回路（CPL）的换热特性进行了实验研究。实验中纳米颗粒的平均粒径为20 nm,纳米流体质量分数为0.2%～2.0%。工作压力为5.62、9.58、15.74 kPa。研究了纳米颗粒质量分数和运行压力对CPL换热性能、最大热通量和热阻的影响。实验结果表明,水-Cu纳米流体替代纯水能够显著提高CPL的换热性能,蒸发器的传热系数最大可提高40％,最大热通量提高18%。存在着一个对应于最大强化换热能力的最佳质量分数,在实验压力范围内最佳纳米颗粒质量分数为1.0%。水-Cu纳米流体是一种适合在CPL中使用的强化传热工质。运行压力对CPL换热特性也有明显影响,压力越高,CPL换热的强化效果越显著。     

超临界压力下纳米流体竖直管内流动换热

对超临界压力下Fe₃O₄-煤油纳米流体竖直管内的换热特性进行了实验研究,分析了不同压力、质量流量、热通量和纳米颗粒浓度对超临界压力下纳米流体换热特性的影响。超临界压力下,纳米流体在竖直管内沿管长呈现不同的换热规律。流体质量流量的提高或者工作压力的提高均会使纳米流体在竖直管内流动换热效果变好。而热通量的增大或纳米颗粒的添加对超临界压力下纳米流体的换热具有恶化效果。最后给出了纳米流体在超临界压力下的传热关联式,其计算值和实验值吻合良好。     

功能热流体强化脉动热管的热输送特性

考察了以水为工质,在不同的加热功率和不同的充液率情况下,脉动热管在不同加热方式（垂直底部加热和水平一侧加热）时的热输送特性。固定充液率,对比了脉动热管采用不同工质（微胶囊流体、氧化铝纳米流体、水）在不同加热功率、不同放置加热方式下的热输送特性。结果发现：功能热流体（微胶囊流体、氧化铝纳米流体）作为脉动热管的工质都起到强化热输送能力的作用,均优于水。垂直底部加热时,1%微胶囊流体作为工质的脉动热管的热输送能力较优,水平一侧加热时,0.1%氧化铝纳米流体较优,但微胶囊流体稳定性要比氧化铝纳米流体好。     

水基SiO2纳米流体沸腾换热特性

纳米流体作为新型换热介质可广泛应用于多个领域。现有研究结果表明导致纳米流体沸腾换热性能变化的因素主要在于纳米颗粒在换热表面的沉积、加热表面粗糙度、表面张力、内部能量传递、气泡形成条件等。对水基SiO₂纳米流体进行池沸腾实验研究,得到SiO₂/水纳米流体与纯基液-去离子水核态沸腾换热特性的区别,比较不同颗粒粒径对纳米流体换热特性影响。结果表明：对于低浓度纳米流体,添加纳米颗粒后流体的换热特性与纯基液在相同条件下进行核态沸腾时的换热特性有较大差异,不同粒径之间换热特性变化明显,随着粒径的增加呈非线性增长趋势,随着热通量增大纳米颗粒粒径对换热特性的影响趋势增大。     

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)。     

水基SiO_2纳米流体沸腾换热特性

纳米流体作为新型换热介质可广泛应用于多个领域。现有研究结果表明导致纳米流体沸腾换热性能变化的因素主要在于纳米颗粒在换热表面的沉积、加热表面粗糙度、表面张力、内部能量传递、气泡形成条件等。对水基SiO_2纳米流体进行池沸腾实验研究,得到SiO_2/水纳米流体与纯基液-去离子水核态沸腾换热特性的区别,比较不同颗粒粒径对纳米流体换热特性影响。结果表明:对于低浓度纳米流体,添加纳米颗粒后流体的换热特性与纯基液在相同条件下进行核态沸腾时的换热特性有较大差异,不同粒径之间换热特性变化明显,随着粒径的增加呈非线性增长趋势,随着热通量增大纳米颗粒粒径对换热特性的影响趋势增大。     

SiO_2-DW纳米流体重力热管传热性能试验研究

采用超声波细胞破碎仪制备了不同质量分数的SiO2-DW纳米流体,并以SiO2-DW纳米流体为工质在碳钢重力热管中进行了传热性能试验研究。结果表明,工质为质量分数1%SiO2-DW纳米流体的重力热管总传热系数比去离子水高5.6%~9.6%,传热性能增强。纳米流体热管平稳运行时,管壁温度低,分布平缓。以质量分数1%的SiO2-DW纳米流体为工质的重力热管换热器,总换热系数较普通水工质热管换热器提高1.63%~1.70%。     

ZrO_2-水纳米流体管内层流的传热特性

制备了粒径为50 nm的ZrO2-水纳米流体,并通过添加分散剂NH4PAA改善纳米流体的稳定性。测量了4种不同质量分数(0.2%,0.4%,0.8%,1.2%)的ZrO2-水纳米流体在层流状态下的对流换热系数。实验结果表明:在相同雷诺数下,纳米流体的换热系数要比纯水的有所提高,并随着ZrO2纳米颗粒质量分数的增加而增大。当纳米流体的质量分数为0.2%,0.4%,0.8%,1.2%时,其平均换热系数比纯水分别提高了1.9%,2.4%,5.2%和8.8%。实验管道内的不同位置也影响纳米流体换热系数的提高,入口段的换热系数要比充分发展段提高得更明显,其主要原因是纳米颗粒对流体边界层的干扰。     

碳纳米管-水纳米流体的光热转化特性

通过两步法配制了浓度范围0.0015%~0.1%（质量,下同）的多壁碳纳米管（MWCNT）-水纳米流体,并利用分光光度计对不同浓度、静置时间和加热次数下纳米流体在波长200~2000 nm范围内的透射率进行了测试。同时,还对上述纳米流体开展了闷晒实验,研究了浓度和光照次数对纳米流体光热转换性能的影响。结果表明,水中添加MWCNT后透射率明显下降,纳米流体的透射率随着静置时间的增加而减小,加热有利于提高纳米流体的吸光性能;同时,闷晒实验发现存在利于光热转化的MWCNT-水纳米流体最佳浓度（0.01%）,光照45 min后与水相比最佳浓度下的纳米流体温升提高了约15.1℃（或22.7%）。另外,纳米流体浓度较低时其光热转换性能随着光照次数的增加而提高,但浓度较高时则刚好相反,纳米颗粒团聚作用可能是造成上述结果的主要原因。     

碳纳米管-水纳米流体的光热转化特性

通过两步法配制了浓度范围0.0015%~0.1%(质量,下同)的多壁碳纳米管(MWCNT)-水纳米流体,并利用分光光度计对不同浓度、静置时间和加热次数下纳米流体在波长200~2000nm范围内的透射率进行了测试。同时,还对上述纳米流体开展了闷晒实验,研究了浓度和光照次数对纳米流体光热转换性能的影响。结果表明,水中添加MWCNT后透射率明显下降,纳米流体的透射率随着静置时间的增加而减小,加热有利于提高纳米流体的吸光性能;同时,闷晒实验发现存在利于光热转化的MWCNT-水纳米流体最佳浓度(0.01%),光照45min后与水相比最佳浓度下的纳米流体温升提高了约15.1℃(或22.7%)。另外,纳米流体浓度较低时其光热转换性能随着光照次数的增加而提高,但浓度较高时则刚好相反,纳米颗粒团聚作用可能是造成上述结果的主要原因。     

圆管内纳米流体层流流动及强化传热的数值研究

采用Al2O3-水纳米流体作为工质,用数值模拟方法对其圆管内层流流体的流动及换热过程进行了可视化研究,在雷诺数600~1200的范围内,分析了不同雷诺数下的流动换热效果及浓度对纳米流体层流传热性能的影响。结果表明：纳米流体中纳米颗粒的加入对流动通道内的速度和温度分布影响较大。随着纳米流体浓度的增加,流体的传热系数增大,...