本文關(guān)鍵詞：納米流體穩(wěn)定性和導熱系數(shù)測試及其流動與換熱特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著電子設(shè)備的迅猛發(fā)展,熱交換設(shè)備的高傳熱負荷和傳熱強度成為了制約電子器件微型化、集成化的首要問題。納米流體作為新型、高效、高傳熱性能的能量輸運工質(zhì),可以有效提高工質(zhì)的導熱性能以及散熱系統(tǒng)的換熱性能。因此,通過對納米流體熱物性和強化傳熱技術(shù)的研究,不僅可以深入了解納米流體在實際應(yīng)用過程中的可行性,同時也有助于提高熱交換設(shè)備的傳熱性能,具有很廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在經(jīng)濟價值。本文采用兩步法制備了不同種類和濃度的納米流體,并分別采用實驗和模擬的方法對其展開全面分析。首先,采用沉降法和吸光度法對納米流體的穩(wěn)定性進行測試,觀察粒子隨時間的沉降情況,并通過流體內(nèi)粒子對入射光的吸收程度對其穩(wěn)定性進行評價,分析超聲波振蕩、表面活性劑等因素對粒子懸浮程度的影響。其次,利用熱物性分析儀測試納米流體的導熱系數(shù),并將實驗結(jié)果與去離子水的數(shù)據(jù)結(jié)果進行對比,分析基液、溫度、粒子種類及濃度等因素對其導熱性能的影響。最后,將納米流體應(yīng)用于矩形和扇形微通道散熱器并建立固-液兩相模型計算通道底面的溫度分布,將數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比,分析其流動與傳熱特性。此外,實驗還利用紅外熱像儀拍攝了扇形微通道底面的溫度分布情況,更加直觀地反應(yīng)出納米流體對微通道散熱器換熱性能的改善情況。實驗結(jié)果表明,超聲波振蕩具有空化作用,可以為納米流體提供局部的高溫高壓環(huán)境,打破粒子團聚,但是時間過長會導致溫度升高而引起顆粒聚集。不同表面活性劑對納米流體的分散效果不同,且會影響基液的吸光度基準值,進而影響納米流體的導熱性能。因此,不能通過吸光度的絕對值來判斷納米流體的穩(wěn)定程度,需要考慮在不同靜置時間下粒子的沉降速率。乙二醇的添加可以增加基液粘度并降低顆粒沉降速率,但是也會導致?lián)Q熱工質(zhì)導熱系數(shù)值降低。相比于以去離子水作為基液時,添加乙二醇的納米流體導熱性能有所降低。由于不同種類的納米粒子密度、比熱等物性存在差異,在SiO2、TiO2、Al2O3三種納米流體中,Al2O3納米流體具有更加良好的導熱性能。傳統(tǒng)觀念認為,納米流體的導熱系數(shù)會隨著粒子尺寸的降低而增加,但是當粒子粒徑小于50 nm時,粒徑越小則布朗運動越劇烈,在團聚作用的影響下有可能會導致納米流體導熱系數(shù)隨粒子粒徑的降低而減小。此外,溫度升高會促進粒子熱運動且單位體積內(nèi)粒子濃度越大,熱量交換的幾率也越大,納米流體導熱系數(shù)可以得到大幅提升。當溫度過高或濃度過大時,表面活性劑的分散作用有可能失效,粒子會更快地聚集成大粒徑的固體顆粒,導致納米流體導熱系數(shù)逐漸降低,但仍然會高于去離子水。相比于矩形微通道,扇形微通道內(nèi)凹穴的存在引起了當量直徑的周期性變化,有助于增加流動擾動。實驗結(jié)果表明,納米流體對微通道內(nèi)的流動換熱起到了顯著的強化換熱效果,但是納米粒子的添加會大幅增加通道內(nèi)的流體壓降,增加摩擦阻力系數(shù),提升系統(tǒng)泵功。利用兩相模型可以模擬出納米流體在微通道內(nèi)的換熱情況,計算結(jié)果與實驗結(jié)果得到較好的吻合。利用紅外熱像儀拍攝了扇形微通道的底面溫度分布,表明納米流體有效改善了底面均溫性,且粒子濃度越大,流動速率越快,越有助于提高微通道的換熱性能,降低系統(tǒng)總熱阻,強化微通道內(nèi)的流動換熱。
【關(guān)鍵詞】：納米流體 導熱系數(shù) 微通道 流動換熱 紅外熱像儀
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;TK124
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 物理量名稱及符號表11-13
• 第1章 緒論13-25
• 1.1 研究背景及意義13-14
• 1.2 納米流體穩(wěn)定性在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 基液對納米流體穩(wěn)定性的影響15-17
• 1.2.2 超聲波振蕩對納米流體的影響17-18
• 1.2.3 表面活性劑對納米流體的影響18-20
• 1.3 納米流體導熱性能的研究現(xiàn)狀20-22
• 1.4 納米流體流動換熱研究現(xiàn)狀22-24
• 1.5 本文的主要工作24-25
• 第2章 實驗原理、裝置及過程25-39
• 2.1 納米流體制備過程及裝置25-28
• 2.1.1 納米流體的制備過程25-27
• 2.1.2 納米流體的制備裝置27-28
• 2.2 納米流體穩(wěn)定性測試28-30
• 2.3 納米流體熱物性測試原理及過程30-34
• 2.4 納米流體流動換熱實驗平臺34-38
• 2.4.1 微通道散熱器尺寸介紹34-35
• 2.4.2 實驗系統(tǒng)35-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第3章 納米流體穩(wěn)定性影響因素分析39-49
• 3.1 超聲波振蕩對納米流體穩(wěn)定性的影響39-41
• 3.2 表面活性劑對納米流體穩(wěn)定性的影響41-46
• 3.3 粒度對吸光度影響46-47
• 3.4 本章小結(jié)47-49
• 第4章 納米流體導熱系數(shù)影響因素分析49-61
• 4.1 基液對導熱系數(shù)的影響49-51
• 4.2 表面活性劑對導熱系數(shù)的影響51-53
• 4.3 粒子種類和粒徑對導熱系數(shù)的影響53-56
• 4.4 粒子濃度和溫度對導熱系數(shù)的影響56-59
• 4.5 本章小結(jié)59-61
• 第5章 納米流體流動換熱特性分析61-77
• 5.1 數(shù)值模擬過程61-63
• 5.2 流動特性分析63-66
• 5.3 溫度分布66-72
• 5.3.1 模擬與實驗結(jié)果對比66-67
• 5.3.2 溫度分布實驗分析67-72
• 5.4 傳熱特性分析72-75
• 5.5 本章小結(jié)75-77
• 結(jié)論與展望77-79
• 結(jié)論77-78
• 展望78-79
• 參考文獻79-85
• 碩士期間成果85-87
• 致謝87

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