纳米流体脉动热管传热性能实验研究

论文摘要

纳米流体脉动热管是目前强化传热领域一个热门研究方向,然而由于纳米流体相变换热过程的复杂性,人们对其机理认识尚不够清晰。本文通过搭建了脉动热管实验系统,针对变工况、变工质的纳米流体脉动热管传热特性进行了研究,同时对纳米流体脉动热管流动传热进行了理论分析。首先,为了探究不同质量浓度下纳米流体的传热特性,本文以纯基流体作对比分别对不同质量浓度的SiO2/H2O纳米流体脉动热管的传热性能运行了实验研究。结果表明：与去离子水相比,较高的浓度的SiQ2/H2O纳米流体对热管传热起到恶化作用,主要体现在传热热阻增大,热端工作温度增大,而较低浓度的SiO2/H2O强化了脉动热管的传热性能,与去离子水相比,热端工作温度降低,启动时间变短,温度波动幅度减小。通过实验研究了纳米流体脉动热管在不同加热功率、不同冷却介质温度、不同悬浮特性下的传热特性。实验结果表明：随着加热功率的提高,各工质传热热阻减小,启动时间减少,工作温度上升。随着冷却介质温度的提升,0.1%wtSiO2/H2O传热热阻减小,当冷却介质温度为43℃时,传热热阻较23℃减小了18%,而去离子水传热热阻基本不变。悬浮特性研究发现,静置后纳米流体的传热热阻增大,热端工作温度提高,而其温度波动幅度较相同功率下的静置前的纳米流体波动幅度小。最后,本文对纳米流体脉动热管流动传热进行了理论分析。首先采用动量-质量-能量守恒法建立了闭合式脉动热管的汽-液塞流动传热模型,对比分析了乙醇与水为工质时的脉动性能,模型计算结果与实验能够较好的对应,而后在纯流体模型基础上,建立纳米流体脉动热管运行简化模型,计算结果表明：纳米流体的颗粒浓度对传热性能有着重要影响,并存在一个最佳体积分数。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 纳米流体
• 1.2.1 纳米流体研究现状
• 1.3 脉动热管
• 1.3.1 脉动热管的工作原理
• 1.3.2 脉动热管的优点
• 1.3.3 脉动热管传热性能的影响因素
• 1.3.4 脉动热管的理论研究
• 1.4 纳米流体脉动热管实验研究
• 1.5 存在的问题以及本文研究的内容
• 2 脉动热管实验系统
• 2.1 实验装置与系统
• 2.1.1 脉动热管实验件
• 2.1.2 实验装置
• 2.2 实验步骤与实验内容
• 2.2.1 实验步骤
• 2.2.2 实验内容
• 2.3 实验热平衡分析
• 2.4 误差分析
• 2.5 本章小结
• 3 纳米流体脉动热管传热特性研究
• 3.1 实验工质
• 3.1.1 工质的选取
• 3.1.2 纳米流体的制备
• 3.1.3 纳米流体稳定性分析
• 3.2 脉动热管的运行
• 3.3 纳米流体脉动热管流动传热特性实验分析
• 3.3.1 纳米颗粒浓度对换热特性的影响
• 3.3.2 加热功率对纳米流体流动传热的影响
• 3.3.3 冷却介质温度对脉动热管传热特性的影响
• 3.3.4 纳米流体悬浮特性影响
• 3.4 本章小结
• 4 脉动热管传热理论研究
• 4.1 模型及初始边界条件
• 4.2 数值计算
• 4.3 数值模拟结果与讨论
• 4.3.1 纯工质水的脉动特性
• 4.3.2 纳米流体物性的影响
• 4.3.3 动态接触角与表面张力影响
• 4.4 理论预测与实验比较
• 4.4.1 倾斜角的影响
• 4.4.2 水与乙醇的脉动特性对比
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 6 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集