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《华北电力大学(北京)》 2019年
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纳米TiO_2表面性质和表面活性剂对纳米流体物性的影响

韩晓雪  
【摘要】:纳米流体作为一种新型高效的换热介质,不仅可以强化传热,还可以提升能源利用率,因而纳米流体已经在光热太阳能、电子冷却、航空航天、核能、散热、冶金工业等众多领域均得到了不同程度的应用。表面张力与粘度均为纳米流体的一种物化性质,是其重要的物性参数之一。表面张力的大小影响着气体与液体分子之间的质交换,粘度的大小直接影响着液体的换热和流动过程。纳米流体的稳定性是其应用的必要条件,对纳米颗粒进行表面改性和在纳米流体中添加表面活性剂是增强流体稳定性的两种重要手段。本文以亲水型和亲水亲油型纳米TiO2与去离子水(DIW)通过两步法形成的纳米流体为主要研究对象,以降低纳米流体的表面张力和粘度为目的,探讨表面性质不同的纳米颗粒对纳米流体表面张力和粘度的不同影响,以及表面活性剂对表面性质不同的纳米颗粒形成的纳米流体粘度的影响。研究发现:无论亲水型TiO2-DIW纳米流体还是亲水亲油型TiO2-DIW纳米流体,其表面张力均随温度的升高而减小。加入亲水型纳米TiO2,纳米流体的表面张力高于去离子水,且随TiO2质量分数的增加而增大。而加入亲水亲油型纳米TiO2,纳米流体的表面张力低于去离子水,且随TiO2质量分数的增加而减小。不同表面性质的纳米TiO2对纳米流体表面张力的影响正好相反,此结论可以通过Gibbs吸附等温式计算出的不同表面性质TiO2的吸附过剩量解释。亲水型纳米颗粒更容易分散在溶液内部,使自由表面的水分子被更强的向内拉,从而增大表面张力。相反地,亲水亲油型纳米颗粒更容易聚集在自由表面上,使流体内和自由表面区域水分子之间的吸引力减小,从而降低了表面张力。亲水型与亲水亲油型TiO2-DIW纳米流体的粘度随温度的上升而减小,随TiO2质量分数的增加而增大,且二者均高于去离子水的粘度。当纳米TiO2质量分数相同时,亲水型TiO2-DIW纳米流体的粘度大于亲水亲油型TiO2-DIW纳米流体的粘度。纳米颗粒表面亲水/疏水性对纳米流体粘度的影响可以用斯托克斯-爱因斯坦扩散方程解释。在极性溶剂中,亲水型纳米颗粒的等效半径比疏水型纳米颗粒的等效半径大,扩散系数小,因而使纳米流体的粘度升高更大。表面活性剂不仅可以提高纳米流体的稳定性,同时也将影响流体的粘度。十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对去离子水和TiO2-去离子水纳米流体粘度的影响一致。流体粘度均随表面活性剂浓度的增加,而呈现先减小后增大的趋势。对于去离子水,表面活性剂既可以弱化水分子之间的氢键作用,又会增加流体中分子或离子之间的相互作用;对于纳米流体,表面活性剂不仅降低了聚集效应,减小了聚集体的有效直径,同时随着表面活性剂的增加,聚集体的有效体积分数增大。因此,随表面活性剂浓度的增加,去离子水与纳米流体的粘度均先减小后增大,且亲水型TiO2-水纳米流体的粘度高于亲水亲油型TiO2-水纳米流体的粘度。研究发现,对于某一合适的分形维数(Df),模型拟合数据与实验数据趋势一致,但亲水型与亲水亲油型Ti02-DIW纳米流体的最佳分形维数不同,分别为2.4和2.7。以修正后的Smoluchowski粘度模型对实验数据进行拟合,得到的纳米流体中纳米颗粒的有效体积分数是可靠的。而且,无论所加入的纳米TiO2是亲水型还是亲水亲油型,在考虑了电粘滞效应并采用分形理论处理纳米颗粒的团聚效应后,纳米流体的粘度与纳米颗粒有效体积分数之间的关系符合爱因斯坦方程。因此,可以推测认为纳米颗粒在纳米流体中的分形团聚是造成纳米流体粘度与纳米颗粒体积分数之间复杂关系的原因。除此之外,还发现随表面活性剂(SDBS)浓度的增加,纳米流体的零电荷电位降低,二者符合一定的指数规律。当纳米流体处于零电荷电位时,其粘度较低。
【学位授予单位】:华北电力大学(北京)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TQ134.11;TB383.1

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 靳遵龙;李德雨;刘东来;王永庆;王定标;;超临界CO_2体系黏度分子动力学研究[J];郑州大学学报(理学版);2015年02期
2 凌智勇;黄跃涛;张忠强;牛广清;程广贵;;表面活性剂对Cu-H_2O和ZrO_2-H_2O纳米流体稳定性的影响[J];功能材料;2015年10期
3 秦祚斌;钟秀文;林兴基;李杰诚;李楠;;油基TiO_2纳米流体的热稳定性及黏度研究[J];郑州师范教育;2015年02期
4 骆仲泱;吴越琼;胡倩;王涛;倪明江;;碳纳米管-导热油纳米流体导热与流变特性研究[J];高校化学工程学报;2015年01期
5 宋汝彤;郭立娟;郭拥军;冯茹森;张新民;胡俊;李华兵;;不同类型表面活性剂对纳米SiO_2流体粘度的影响[J];应用化学;2014年09期
6 江宦明;夏国栋;刘冉;;γ-Al_2O_3纳米流体导热系数与稳定性影响因素分析[J];工程热物理学报;2014年08期
7 苏靖文;蒋威;孟照国;朱海涛;;湿化学法制备ZnO纳米流体[J];青岛科技大学学报(自然科学版);2014年02期
8 汤立文;高安旗;李玲;;纳米技术在相变储热材料中的应用[J];广东化工;2014年05期
9 莫松平;陈颖;李兴;罗向龙;;表面活性剂对二氧化钛纳米流体分散性的影响[J];材料导报;2013年12期
10 包楚才;李超;皮振邦;;表面活性剂对CdSSe-H_2O纳米流体稳定性影响[J];化学工程与装备;2012年07期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 钟勋;氧化铝纳米流体在发动机油冷器中的强化传热研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 邬胜伟;纳米流体强化热处理的研究[D];南昌大学;2014年
2 纪林林;纳米流体的制备及其在脉动热管中的应用[D];南京理工大学;2014年
3 乔峰;Ag、石墨烯纳米流体的制备及性能研究[D];青岛科技大学;2010年
4 王辉;纳米流体导热及辐射特性研究[D];浙江大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 侯志坚;郑周;叶晓江;;MWCNTs- EG纳米流体热导率影响因素研究[J];武汉理工大学学报;2017年09期
2 陈荣国;陈艺兰;刘心中;吴伟钦;;相变材料及其在建筑节能中的应用[J];材料导报;2015年23期
3 李兴;汪昭玮;孙一峰;;分散剂对纳米流体影响的研究进展[J];材料导报;2015年23期
4 陈尔跃;杨晓超;徐娟;郭祥峰;;镍磷纳米化学复合镀中纳米二氧化钛的分散性研究[J];电镀与涂饰;2015年16期
5 张亚楠;刘妮;由龙涛;柳秀婷;;表面活性剂对水基纳米流体特性影响的研究进展[J];化工进展;2015年04期
6 宋汝彤;郭立娟;郭拥军;冯茹森;张新民;胡俊;李华兵;;不同类型表面活性剂对纳米SiO_2流体粘度的影响[J];应用化学;2014年09期
7 郭立娟;宋汝彤;郭拥军;冯茹森;梁严;周竞达;高飞龙;;阳离子表面活性剂对纳米SiO_2流体稳定性的影响[J];硅酸盐通报;2014年04期
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1 韩晓雪;纳米TiO_2表面性质和表面活性剂对纳米流体物性的影响[D];华北电力大学(北京);2019年
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1 井志华;基于纳米流体传热介质的永磁同步电机散热系统研究[D];贵州大学;2019年
2 张博;复合电压下纳米粒子改变油纸绝缘特性的研究[D];大连理工大学;2018年
3 罗稀玉;Cu-H_2O纳米流体受热运动的分子动力学模拟[D];长沙理工大学;2017年
4 梅倩;三维构造石墨烯纳米流体对汽车散热器冷却性能的影响研究[D];广西大学;2017年
5 寻倩倩;不同形貌银纳米流体的制备与物理性能研究[D];济南大学;2017年
6 刘业鹏;基于立式芯片散热的脉动热管散热器实验研究[D];长沙理工大学;2017年
7 张景胤;纳米复合材料(MWCNTs-太阳盐)导热率实验与机理研究[D];华北电力大学(北京);2017年
8 陈亚凤;纳米流体池沸腾传热特性研究[D];南京航空航天大学;2017年
9 周春鹏;板式单回路脉动热管两相流动传热及强化的实验研究[D];上海交通大学;2017年
10 张文婵;微纳石墨烯粉体导热性能的测量与研究[D];青岛理工大学;2016年
【二级参考文献】
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1 杨凤叶;刘敏珊;刘彤;刘遵超;;微细管内超临界CO_2对流换热研究[J];郑州大学学报(工学版);2014年02期
2 许强辉;昝成;江海峰;史琳;;α-Fe_2O_3/水纳米流体分散稳定性研究[J];工程热物理学报;2013年11期
3 李建立;刘录;赵杰;;相变材料微胶囊机械性能评价方法研究进展[J];北京石油化工学院学报;2012年04期
4 石育佳;王秀峰;王彦青;赵童刚;门永;康文杰;;CPU液体冷却器件及冷却液材料研究进展[J];材料导报;2012年21期
5 王飞;张光华;王三军;李金铭;王昶清;贾瑜;;Fe团簇在Fe(110)表面上扩散和结构稳定性的分子动力学研究[J];郑州大学学报(理学版);2012年03期
6 张国才;徐哲;陈运法;李建强;;金属基相变材料的研究进展及应用[J];储能科学与技术;2012年01期
7 包楚才;李超;皮振邦;;表面活性剂对CdSSe-H_2O纳米流体稳定性影响[J];化学工程与装备;2012年07期
8 杨柳;杜垲;张小松;;Influence factors on thermal conductivity of ammonia-water nanofluids[J];Journal of Central South University;2012年06期
9 高学农;李得伦;孙滔;曹昕;何文祥;;石蜡/膨胀石墨复合相变材料控温电子散热器的性能[J];华南理工大学学报(自然科学版);2012年01期
10 曹连静;孙玉利;左敦稳;祝晓亮;张国家;史晨红;;水相体系中纳米α-Al_2O_3的分散稳定性研究[J];机械制造与自动化;2011年06期
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1 蔡洁聪;纳米流体对太阳能辐射选择吸收特性的研究[D];浙江大学;2008年
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1 薛斌;陆明英;孙华平;陈培;陆云芳;;高亲水型水刺专用涤纶短纤维性能及其应用研究[J];合成纤维;2010年05期
2 高渝枫,刘秀清,高玉清,张金山;亲水型导丝的四种消毒效果观察——电镜扫描观察[J];中国医学影像学杂志;1995年01期
3 郑欣;张鹏飞;李江萍;;亲水型自清洁氟碳涂料的制备及其性能研究[J];涂料工业;2013年01期
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5 时国珍;韩永华;尚丙坤;丰美丽;;一种导电亲水型胶黏剂[J];化学推进剂与高分子材料;2008年06期
6 锁爱莉,姚煜,李恩孝;疏水-亲水型硅胶固定化葡萄糖氧化酶的研究[J];西安交通大学学报(医学版);2004年03期
7 吉小欣,高申;妥洛特罗亲水型贴剂处方的优化[J];第二军医大学学报;2005年05期
8 邹君辉;;亲水型气相法白炭黑生产及表面改性技术的研究[J];有机硅氟资讯;2008年11期
9 ;杭州——亲水型的宜居城市[J];上海城市管理职业技术学院学报;2008年04期
10 刘志;李炳睿;潘艳雄;石凯;王伟财;彭超;王哲;姬相玲;;接枝亲水型高分子的丝瓜络对水中重金属离子的吸附行为[J];高等学校化学学报;2017年04期
中国重要会议论文全文数据库 前8条
1 朴正植;;创建人水和谐的亲水型城市[A];创新驱动,加快战略性新兴产业发展——吉林省第七届科学技术学术年会论文集(下)[C];2012年
2 董文勇;李勇进;周永丰;颜德岳;;双亲水型超支化聚合物调控碳酸钙的仿生矿化研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
3 娄玉;;坚持人水和谐,构建亲水型生态宜居新城区[A];科学发展·生态文明——天津市社会科学界第九届学术年会优秀论文集(中)[C];2013年
4 杨晓青;张赛男;隗翠香;夏炎;;亲水型修饰金属有机骨架的在样品前处理中的应用[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十三分会:复杂样品分离分析[C];2016年
5 马俊鹤;郭晨;刘会洲;;FTIR光谱研究无机盐对亲水型Pluronic聚合物胶团形成的影响[A];第十四届全国分子光谱学术会议论文集[C];2006年
6 高诚贤;;功能性防水透湿涂层织物性能及其影响因素[A];第六届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2006年
7 杨瑾;;气相法白炭黑在国外的发展史和现状介绍[A];2016年全国无机硅化物行业年会暨创新发展研讨会论文集[C];2016年
8 张望清;史林启;安英丽;吴开;马如江;许艳玲;;聚乙二醇-b-聚(4-乙烯基吡啶)-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)的合成及其胶束化行为研究[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年
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1 记者  丁雄英 邓国芳;打造亲水型宜居城市[N];杭州日报;2007年
2 记者  王琦;打造“五水共导”亲水型城市[N];杭州日报;2006年
3 记者  王琦;加强水环境治理 打造亲水型城市[N];杭州日报;2007年
4 王佳胜;仪化开发高亲水型水刺专用纤维[N];中国纺织报;2009年
5 本报记者 王鸣;高亲水型水刺专用纤维成市场新宠[N];中国石化报;2008年
6 本报评论员 吴薇;用行动锻造一座“生活品质之城”[N];杭州日报;2007年
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1 邓昀;清流县亲水型休闲农业发展研究[D];福建农林大学;2014年
2 吉小欣;妥洛特罗经皮渗透特性及亲水型透皮贴剂的研究[D];第二军医大学;2005年
3 刘志;亲水型丝瓜络基材料的制备及其性能研究[D];长春工业大学;2016年
4 曾好阳;亲水型酒店功能与空间形态研究[D];昆明理工大学;2014年
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