【摘要】：在當(dāng)今社會(huì)能源高效利用一直是時(shí)代發(fā)展不可回避的重要議題。新興的納米技術(shù)和石墨烯工業(yè)的發(fā)展為新型冷卻液的制備和發(fā)展提供了有力支撐。相比傳統(tǒng)的冷卻液,石墨烯納米粒子冷卻液具有更好的傳熱性能。這種新型冷卻液為改善發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻性能提供了新的途徑。本文通過實(shí)驗(yàn)和模擬方法研究了石墨烯納米粒子溶液在發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器中的傳熱性能。首先,以50%乙二醇水溶液為基液,采用兩步法配制出四種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%)的石墨烯納米粒子冷卻液。然后,設(shè)計(jì)并搭建由風(fēng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器、加熱循環(huán)裝置、溫度壓力傳感器、流量計(jì)等組成的試驗(yàn)臺(tái)架,在該臺(tái)架上試驗(yàn)并測(cè)量散熱器不同入口溫度、流速、粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)、風(fēng)量等條件下出口溫度和壓力以及散熱器的壁溫。最后,應(yīng)用三維流體仿真軟件模擬散熱器的出口溫度和進(jìn)出口壓降,驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的合理性和準(zhǔn)確性。主要的結(jié)論如下:(1)增大石墨烯納米粒子冷卻液流速能夠強(qiáng)化傳熱。在入口溫度85℃條件下,0.1wt%納米粒子溶液在流量1.2m3/h時(shí)的傳熱系數(shù)比0.6m3/h時(shí)提升了 14.3%。(2)增加石墨烯納米粒子冷卻液入口溫度能夠強(qiáng)化傳熱。在流量1.2m3/h條件下,0.1 wt%的納米粒子溶液在85℃和75℃時(shí)的傳熱系數(shù)相對(duì)基液分別提高了 24%和13%。(3)增加石墨烯納米粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)能夠提高溶液的傳熱系數(shù)。在入口溫度80℃條件下,0.1wt%的納米粒子溶液在1.2m3/h時(shí)傳熱系數(shù)相比基液增加了 17%。而0.4wt%的納米粒子溶液相比于0.1wt%的納米粒子溶液,傳熱系數(shù)僅增加了 15%。(4)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)能夠驅(qū)使散熱器附近的空氣進(jìn)行強(qiáng)迫對(duì)流,增加傳熱量,從而增加冷卻液的傳熱系數(shù)。在入口溫度85℃、流量1.2m3/h條件下,0.1wt%的納米粒子溶液的傳熱系數(shù)在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1200r/min時(shí)相對(duì)無風(fēng)提高了40.8%。(5)添加石墨烯納米粒子導(dǎo)致冷卻液的粘度增加,進(jìn)而增加冷卻液的流動(dòng)阻力,減弱冷卻液的傳熱強(qiáng)度。而實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明添加石墨烯納米粒子能夠顯著提升冷卻液的傳熱系數(shù)。這說明添加石墨稀納米粒子對(duì)增加冷卻液傳熱系數(shù)所帶來的正面影響遠(yuǎn)大于負(fù)面影響。
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U464.138.2
【圖文】：

廣西大學(xué)石墨烯小試基地提供了本實(shí)驗(yàn)所用的三維石墨烯，產(chǎn)品主要成分由碳納米逡逑管和三維石墨烯構(gòu)成，成分較為純凈。該公司的石墨烯產(chǎn)品性能如表２－１所示，該石墨逡逑烯的三維構(gòu)造在掃描電子顯微鏡（ＳＥＭ）下的照片如圖２．１所示，通過顯微鏡圖片我們逡逑可以看到這種三維石墨烯有較為獨(dú)特的團(tuán)簇蜂窩狀結(jié)構(gòu)。相較二維石墨烯規(guī)律的分子排逡逑列，這種三維石墨烯的結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜。逡逑表２－１三維石墨烯納米顆粒的特性逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－１邋ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ邋ｏｆ邋ｔｈｒｅｅ邋ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ邋ｇｒａｐｈｅｎｅ邋ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ逡逑項(xiàng)目邐ｍ．邐逡逑成分邐５０％三維石墨烯、５０％碳納米管逡逑面密度（ｍｇ／ｍ２）邐０．７７逡逑狀態(tài)邐粉末逡逑１２逡逑

成數(shù)字信號(hào)輸入到電腦中顯示出來，利用ＮＩ－９２１４模塊與熱電偶連接來懫集實(shí)時(shí)溫度，逡逑是一個(gè)集成化、智能化的測(cè)量系統(tǒng)。整個(gè)測(cè)量過程都通過電腦中編輯好的ＬａｂＶＩＥＷ程序逡逑控制，進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)采集以及數(shù)據(jù)保存工作。工作示意圖如圖２－４所示。逡逑數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)邐［邐＾邐】逡逑？Ｌ＝＝＝５＝＾Ｊ｜邐＜邐邋＜邐逡逑數(shù)據(jù)采集卡邐散熱器逡逑圖２．４溫度采集裝置示意圖逡逑Ｆｉｇ邋２．４邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｒｅｃｏｒｄ邋ｄｅｖｉｃｅｓ逡逑數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件部分包括ｃＤＡＱ－９１８８數(shù)據(jù)采集卡和ＮＩ－９２１４模塊以及熱電偶，逡逑具體形式如圖２．５所示。ｃＤＡＱ－９１８８數(shù)據(jù)采集卡還可以與其他模塊組合使用測(cè)量溫度、逡逑壓力、速度、電壓、電流等多種參數(shù)，需要不同的模塊和相應(yīng)的探頭組合使用就可以實(shí)逡逑現(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)只用其測(cè)量進(jìn)出口和壁面的溫度。ＮＩ－９２１４模塊是用于測(cè)量溫度的采集模塊，逡逑１６－0１、２４七＿｜１熱電偶信號(hào)輸入，使用環(huán)境溫度一１００。０＜１；＜４００。（：，溫度過高或過低逡逑１６逡逑

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本文編號(hào)：2742343