纳米热超导元件的研究

论文摘要

纳米颗粒悬浮液作为应用于热能交换系统的高效介质是一个崭新的具有丰富科学内涵和重要价值的研究领域。为了对这类新型介质进行性能与纳米粉体种类、颗粒尺度、颗粒形貌、粉体和分散介质的相容性、以及制备工艺的规律性探索,从而为针对工程实用性优化研究、设计和制备多类纳米颗粒悬浮液和相匹配的先进高效热交换系统提供了科学技术途径和理论基础。本文工作运用自行设计的两相闭式热虹吸管实验台架进行了热管中添加纳米颗粒的性能实验研究,寻求强化传热和介质内纳米粉体物化行为之间的关联性规律。根据实验研究结果,取得了若干具有创新的或重要的实验结果,并揭示了一些未见报道的实验现象和变化规律: (1) 本文提出了一种新的提高热传递的方法—在以水为工作液体的热虹吸管中加入一定数量的纳米颗粒,并且实验研究了加热段的热传递特性,这种新的热管能够简单、方便的应用于工程技术中。(2) 与普通热管相比较,在加热段的换热系数提高了47～96%,轴向热流率提高了7.6～15%,具有很好的启动特性,且平均壁温度降低了6～8℃。(3) 热虹吸管的换热系数随纳米颗粒粒径的减小而增大; 开始阶段随纳米颗粒加入量的增加有所增加,当超过一定份额时热虹吸管换热性能减弱。通过两相闭式热虹吸管性能测试,结合微尺度传热和纳米颗粒物化行为分析,深入地研究了纳米颗粒悬浮液这种新型换热介质应用到两相闭式热虹吸管中对强化换热的影响。为针对性优化设计制备纳米颗粒悬浮液和先进高效热交换系统提供了科学途径和理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 应用纳米技术改造传统产业的巨大潜力简述
• 1.2 本论文的研究内容
• 2 固体颗粒悬浮液热物理行为及其强化传热研究进展
• 2.1 悬浮液强化换热应用概述
• 2.2 悬浮液的制备及稳定性研究概述
• 3 纳米颗粒悬浮液的制备和表征方法
• 3.1 纳米颗粒悬浮液的制备
• 3.2 纳米颗粒悬浮液的性质及其表征方法
• 4 实验系统及其装置的设计
• 4.1 实验装置和方法
• 4.2 热管试验台系统的设计
• 4.3 实验步骤与过程
• 5 实验结果与分析
• 5.1 基本公式
• 5.2 管壁温度的比较
• 5.3 添加纳米颗粒对换热性能的影响
• 5.4 改变冷却水流量对轴向热流率和换热系数的影响
• 5.5 纳米颗粒加入量对换热性能的影响
• 5.6 改变纳米颗粒粒径对换热性能的影响
• 5.7 验证纳米颗粒对换热性能的影响
• 6 纳米颗粒强化传热机理初探
• 6.1 池内沸腾换热及其机理
• 6.2 膜状凝结换热及其机理
• 6.3 纯工质热管换热
• 6.4 添加纳米颗粒热管
• 7 总结和展望
• 7.1 结论
• 7.2 进一步研究设想
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表论文