纳米流体强化热管内部传热机理研究

论文摘要

纳米流体是指以一定的方式和比例,在液体介质中添加纳米级的金属或非金属固体颗粒而形成的一类新型的传热工质。与纯液体相比,纳米流体具有较高的导热系数,且比微米或毫米级的固体颗粒更易悬浮在基液中。因此,将纳米流体取代传统的换热工质加入到热管中,可以显著提高热管的传热性能。本文研究了CuO-水、Al2O3-水和SiO2-水三种纳米流体热管的传热性能,并从纳米流体的热传导性能与纳米流体热管的对流换热性能两个方面对纳米流体强化热管内部的传热机理进行分析,旨在对纳米流体在热能工程领域的应用进行探索,拓展热管换热性能强化的途径。本文的研究内容主要包括:1、采用两步法制备了CuO-水、Al2O3-水和SiO2-水三种纳米流体,通过超声振动调节纳米流体的分散稳定性。实验结果表明,纳米流体的悬浮稳定性很好。2、将制备好的纳米流体添加到热管中,制成了纳米流体热管。建立了一套测试纳米流体热管传热性能的实验装置,对纳米流体热管的启动过程、管壁温度、换热系数和热阻进行研究。结果表明,纳米流体热管的传热性能与纳米流体的质量浓度、颗粒粒径以及加热功率等因素有关。随着纳米流体的添加,热管蒸发段的启动时间缩短,启动温度降低;在相同加热功率下,与水热管相比,纳米流体热管蒸发段的壁温显著降低,而冷凝段的壁温显著升高,且纳米流体热管具有较好的等温性能;纳米流体热管的换热系数比水热管高,而热阻比水热管低;存在一个最佳的质量浓度,在此浓度下,纳米流体热管等温性能较好,且具有较高的换热系数与较低的热阻,对于CuO-水和Al2O3-水纳米流体来说,最佳质量浓度是1.0%。3、对纳米流体强化热管传热性能的机理进行了探讨。纳米流体添加到热管之中,显著提高了基液的热传导性能,强化了热管的对流换热性能,从而解释了纳米流体强化热管传热性能的内部原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米流体传热性能研究现状
• 1.2.1 纳米流体导热系数研究
• 1.2.2 纳米流体对流换热性能研究
• 1.2.3 纳米流体沸腾换热性能研究
• 1.2.4 纳米流体临界热流密度性能的研究
• 1.2.5 纳米流体应用于热管的传热性能研究
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第二章 纳米流体的制备
• 2.1 实验原料和仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 纳米流体的制备过程
• 第三章 实验装置与设备
• 3.1 热管的制造过程
• 3.2 热电偶校正
• 3.3 实验装置
• 第四章 纳米流体热管的传热性能研究
• 4.1 CuO-水纳米流体热管的传热性能研究
• 4.1.1 CuO-水纳米流体热管的启动过程
• 4.1.2 CuO-水纳米流体热管的壁温分布
• 4.1.3 CuO-水纳米流体热管的换热系数
• 4.1.4 CuO-水纳米流体热管的总热阻
• 20₃-水纳米流体热管的传热性能研究'>4.2 Al₂0₃-水纳米流体热管的传热性能研究
• 20₃-水纳米流体热管的启动过程'>4.2.1 Al₂0₃-水纳米流体热管的启动过程
• 20₃-水纳米流体热管的壁温分布'>4.2.2 Al₂0₃-水纳米流体热管的壁温分布
• 20₃-水纳米流体热管的换热系数'>4.2.3 Al₂0₃-水纳米流体热管的换热系数
• 20₃-水纳米流体热管的总热阻'>4.2.4 Al₂0₃-水纳米流体热管的总热阻
• 2-水纳米流体热管的传热性能研究'>4.3 Si0₂-水纳米流体热管的传热性能研究
• 2-水纳米流体热管的启动过程'>4.3.1 Si0₂-水纳米流体热管的启动过程
• 2-水纳米流体热管的壁温分布'>4.3.2 Si0₂-水纳米流体热管的壁温分布
• 2-水纳米流体热管的换热系数'>4.3.3 Si0₂-水纳米流体热管的换热系数
• 2-水纳米流体热管的总热阻'>4.3.4 Si0₂-水纳米流体热管的总热阻
• 4.4 本章小结
• 第五章 纳米流体强化热管内部传热机理研究
• 5.1 纳米流体的热传导性能
• 5.1.1 纳米流体强化热传导机理
• 5.1.2 纳米流体导热系数模型
• 5.2 纳米流体的对流换热性能
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 一、在校期间发表的学术论文
• 二、在校期间参加的项目