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纳米颗粒在小热管中的应用研究

牛艳芳  
【摘要】:纳米材料因具有体积效应、表面效应及量子尺寸效应,使其具有优良的光学、电学、热学、磁学、力学乃至化学性能,在医药、化工、电子、军事等众多领域具有广泛应用。基于此,研究者考虑探索纳米材料在强化传热领域应用,以期开辟纳米材料应用的新局面。 本课题旨在研究纳米颗粒在传热领域的应用,从而推动高性能传热设备的开发。本文将溶胶-凝胶法制备的SiO2纳米颗粒添加到基液中制备成均匀的纳米颗粒悬浮液,分析其热物能。再将该类纳米颗粒悬浮液封装于小热管元件及小热管散热器内,对纳米颗粒悬浮液小热管的启动性能及传热性能进行研究,对小热管散热器的散热性能进行研究。论文的研究内容主要包括以下几个方面: (1)纳米颗粒的制备是研究性能优良的纳米颗粒悬浮液的基础,是研究其在小热管中应用的关键。本文选用溶胶-凝胶法制备SiO2纳米颗粒。分析正硅酸乙酯(TEOS)浓度、分散剂种类、水解时间及pH值对SiO2纳米颗粒粒径及分散性能的影响,确定纳米颗粒的最佳制备条件。在该条件下制备的SiO2纳米颗粒平均粒径为60nm。 (2)在不添加分任何散剂、不改变pH值的条件下,采用两步法制备SiO2-H2O纳米颗粒悬浮液。分析超声振动时间对纳米颗粒悬浮液的影响,在此基础上制备出悬浮稳定的SiO2-H2O纳米颗粒悬浮液并对其在不同温度和不同浓度下的导热系数进行研究,研究结果表明SiO2-H2O纳米颗粒悬浮液导热系数均高于去离子水。 (3)将分散稳定性良好的SiO2-H2O纳米颗粒悬浮液密封于小热管中加工成小热管,组建小热管性能测试装置,对纳米颗粒悬浮液小热管的启动性能及传热性能进行研究,结果表明该传热性能显著高于传统的以去离子水为工质的小热管;运用集总参数模型对纳米颗粒悬浮液小热管的启动性能进行理论计算,实验结果与理论值基本吻合,表明可以通过集中参数法预测小热管的启动特性。 (4)将SiO2-H2O纳米颗粒悬浮液小热管组装成翅片散热器,建立小热管散热器性能测试装置,研究纳米颗粒悬浮液小热管散热器的传热性能。结果表明,纳米颗粒悬浮液小热管散热器比水小热管散热器具有更好的传热性能。


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