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《济南大学》 2010年
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纳米流体导热性能及其在热管中应用的研究

李金凯  
【摘要】:纳米流体是指在液体介质中以一定的方式和比例添加金属或非金属纳米粒子而形成的一类新型传热工质,它比传统的基液具有更高的导热性能。将这种纳米流体应用于传热元件—热管中,将大大提高其传热性能。 本文将CuO、Al_2O_3、SiO_2等纳米粒子添加到基液中制备成均匀、稳定的CuO(30nm)-水、Al_2O_3(40nm)-水、Al_2O_3(65nm)-水、SiO_2(30nm)-水、SiO_2(30nm)-乙二醇纳米流体,分析其导热性能,再将这些纳米流体置于热管元件内研制纳米流体热管。本研究旨在将纳米流体应用于传热领域,拓宽纳米技术的应用范围,探索纳米技术在热能工程领域的基础问题,对推动高性能传热设备的研发起到了一定作用。本文的研究内容主要包括: 1.采用两步法制备了不同体积分数(0.1-0.5%)的CuO(30nm)-水、Al_2O_3(40nm)-水、Al_2O_3(65nm)-水、SiO_2(30nm)-水、SiO_2(30nm)-乙二醇纳米流体。通过调节pH值、添加分散剂和超声振动来改善纳米流体悬浮液的分散稳定性。利用zeta电位、平均粒径、吸光度等分析方法对纳米流体的悬浮稳定性进行表征,并获得纳米流体最佳的分散工艺。分析表明纳米流体的悬浮稳定性不仅与基液和纳米粒子的属性有关,与纳米颗粒间的相互作用也有着密切的关系。 2.研制了一套瞬态热线测试系统,测定了CuO(30nm)-水、Al_2O_3(40nm)-水、Al_2O_3(65nm)-水、SiO_2(30nm)-水、SiO_2(30nm)-乙二醇纳米流体在不同体积分数(0.1-0.5%)、不同温度下(25-50℃)的导热系数。在此基础上,分析研究了纳米粒子体积分数、尺寸、属性、温度及纳米流体悬浮稳定性等因素对纳米流体导热系数的影响。结果显示,纳米流体可以显著提高基液的导热性能。25℃时,这些纳米流体导热系数的增加量大约为2.86-33.70%。在此基础上,将实验值和理论模型计算值进行比较,深入研究纳米流体的导热机理。 3.建立纳米流体导热系数模型,将该模型与传统理论模型进行比较,发现该模型计算值与实验测量值更加吻合,具有更高的精度,其精度比传统理论模型可以提高30%左右。 4.建立了一套测试热管传热性能的实验装置。将CuO-水、Al_2O_3-水、SiO_2-水纳米流体作为热管的换热工质进行传热性能测试。实验中测量了三种纳米流体热管的温度分布,并与以水作为工质的热管进行比较。实验结果表明,纳米流体热管的传热系数比水热管高,而其热阻比水热管低。
【学位授予单位】:济南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB383.1

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【参考文献】
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