纳米流体的稳定性及其对流传热特性的研究

论文摘要

随着MEMS技术的发展,纳米流体因其独特的热物理性质而成为当今研究的热点。纳米流体是指将一定量的纳米级（＜100nm）固体颗粒均匀分散在传统流体（水、酒精、乙二醇等）中制得的稳定的悬浮液。论文以纳米流体为研究对象,对其制备方法、稳定性及其粘度、微管道中的流动特性、及其对流传热特性进行了研究。首先,本文采用“两步法”制备了含有不同质量分数的Cu-水纳米流体。研究了分散剂（SDBS）的用量对纳米流体稳定性的影响。实验结果表明在基液中添加与Cu纳米颗粒质量分数相当的SDBS而制得的纳米流体较稳定。同时,并对Cu-水纳米流体的粘度进行研究。研究发现纳米流体的粘度随着颗粒质量分数的增加而增加。其次,采用实验与数值模拟相结合的方法对微管道中压力驱动下质量分数为1%的Cu-水纳米流体的流动特性进行了研究。研究发现纳米流体的流量-压力特性基本呈线性关系,其流动特性符合单相流体的假设,并且随着驱动压力的增大流量增大。但模拟结果与实验结果之间存在一定的差异,主要是由于基液中颗粒的团聚结构、纳米流体粘度的变化、尺度效应、分散剂的使用和边界滑移等因素所致。最后,通过数值模拟的方法研究了层流状态下雷诺数、体积分数、颗粒和基液种类以及颗粒粒径对纳米流体对流传热特性的影响。研究结果表明纳米流体的对流传热系数明显高于基液,并且与基液和颗粒的性质、颗粒的体积分数及颗粒粒径密切相关。纳米流体的对流传热系数随着颗粒和基液热导率的增加、颗粒体积分数的增加以及颗粒粒径的减小而增大。研究发现对于一定体积分数的Cu-水纳米流体,在层流状态下对流传热系数的提高程度基本保持一致,与雷诺数大小无关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米流体概述
• 1.2 国内外研究现状及其发展趋势
• 1.2.1 纳米流体的制备
• 1.2.2 纳米流体的稳定性
• 1.2.3 纳米流体的传热特性
• 1.3 纳米流体的发展趋势
• 1.4 本课题的研究意义及主要研究内容
• 1.4.1 本课题的研究意义
• 1.4.2 本课题的主要研究内容
• 第二章 纳米流体的稳定性及其粘度研究
• 2.1 纳米流体的制备
• 2.2 纳米流体稳定性
• 2.2.1 稳定性实验
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.3 纳米流体的粘度
• 2.3.1 两相混合物的粘度
• 2.3.2 纳米流体粘度的实验测量
• 2.4 本章小结
• 第三章 微管道中Cu-水纳米流体流动特性的研究
• 3.1 流体流动的基本概念
• 3.2 流体力学数值模拟基础
• 3.2.1 流体力学基本方程
• 3.2.2 数值模拟方法和分类
• 3.3 Cu-水纳米流体流动特性的实验与数值研究
• 3.3.1 Cu-水纳米流体流动特性的实验研究
• 3.3.2 Cu-水纳米流体流动特性的数值模拟研究
• 3.3.3 研究结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 纳米流体对流传热特性的数值模拟研究
• 4.1 纳米流体对流传热概述
• 4.2 数学模型的建立
• 4.3 网格的划分及边界条件的确定
• 4.4 纳米流体的物理性质
• 4.5 模拟结果与讨论
• 4.5.1 基液性质对对流传热特性的影响
• 4.5.2 颗粒性质对对流传热特性的影响
• 4.5.3 颗粒体积分数对对流传热特性的影响
• 4.5.4 纳米颗粒大小对对流传热特性的影响
• 4.6 几种纳米流体对流传热性能的比较
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文的主要研究结论
• 5.2 对未来工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文