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《浙江大学》 2010年
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纳米流体沸腾换热研究

谢宁  
【摘要】:纳米流体是指在液体中添加纳米级金属或非金属颗粒通过某种方式制备成均匀、稳定的新型换热工质。这个概念于1995年美国Argonne国家实验室的Choi等首次提出。与传统换热介质相比,纳米流体在增强传热等方面具有非常良好的特性。稳定性好、高换热性能的纳米流体应用在能源动力、化学工程、冶金、微电子、航天等领域中,将会较好地满足热交换器高传热负荷和传热强度的要求。在这样的背景下,本文对A1203—水、CNTS—水、Si02—水纳米流体进行了配制,并对其沸腾换热特性进行了研究。 本文采用“两步法”对纳米流体进行了配制,将均匀设计法与纳米流体稳定性研究相结合,选取了纳米流体浓度(X1)、分散剂浓度(X2)、pH值(X3)、超声震荡时间(X4)这四个因素,每个因素设置了十二个水平来进行实验。通过对实验结果进行二次多项式逐步回归分析,获得了这三种纳米流体在本次实验范围内关于悬浮液zeta电位的数学模型;采用瞬态法对这三种纳米流体的沸腾换热进行了实验研究。以直径为5cm的镀镍铜球作为沸腾表面,通过井式炉对铜球进行加热到500℃左右,在配制的纳米流体中进行淬火,得到了这三种纳米流体的沸腾换热曲线。 通过分析,本文获得了A1203—水、CNTS—水、SiO2—水纳米流体在本次实验范围内关于悬浮液zeta电位的数学模型,并分析出了最佳配方,即A1203—水纳米流体:X1=0.22%,X2=1.77%,X3=2.15,X4=495mim;CNTS—水纳米流体:X1=1.54%,X2=0.5%,X3=13,X4=5.25 h;Si02—水纳米流体:X1=3%,X2=0.092%,X3=10.94,X4=9 h;发现纳米流体的pH值与超声震荡时间对纳米流体zeta电位的影响最大,并且纳米颗粒浓度、分散剂浓度、悬浮液pH值、超声震荡时间之间存在不同程度的交互作用。 实验发现,A1203—水纳米流体、CNTS—水纳米流体、Si02—水纳米流体都有不同程度的改善沸腾传热特性。其中A1203—水纳米流体在核态沸腾区域提前了,在过渡沸腾区域逐渐延迟;CNTS—水纳米流体的临界热流密度相对于水强化了23%;Si02—水纳米流体的临界热流密度相对于水强化了95%。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TK124

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