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《浙江大学》 2010年
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纳米流体导热及辐射特性研究

王辉  
【摘要】:纳米流体是指将纳米级(10-9 m)的金属或非金属颗粒按一定比例加入到液体中形成的特殊悬浮液。由于纳米颗粒具有常规微细颗粒不具备的特殊理化效应,如表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等,使纳米流体具有导热系数高,对设备磨损小等优点,可作为良好的传热工质。 纳米流体的制备按步骤可分为:一步法和两步法。一步法制备的纳米流体分散性和稳定性较好,但两步法在纳米流体的工业化制备上具有明显的工艺和经济优势。为研究纳米流体导热和辐射等特性,本文利用高压微射流法(两步法)制备了多种纳米流体,并通过Zeta电位和分散率的测量分析了流体的稳定性。 本文利用乌氏粘度计测量了不同纳米流体的粘度,研究了纳米颗粒种类、形状、粒径、体积浓度及流体温度对粘度的影响。实验结果表明:相同体积浓度的纳米流体,颗粒长径比的增大和粒径的减小都会增加流体的粘度;流体粘度随体积浓度的增大而线性增长,随流体温度的增加而降低,变化趋势与基液相似 本文搭建了单瞬态热线法试验台,用蒸发法真空镀膜技术及透明聚氨酯绝缘喷漆对铂丝表面进行了绝缘处理,使该试验台能满足pH值为1~11的纳米流体导热系数的测试要求。首先用乙二醇和去离子水对试验台进行了校正,表明该试验台具有较高的精度,可将误差控制在土2%。通过测试不同工况下纳米流体的导热系数,研究了纳米颗粒种类、形状、粒径、体积浓度、流体温度对导热系数的影响。实验表明:纳米颗粒自身导热系数越高,相同条件下其对应的纳米流体导热系数亦越大;相同体积浓度下,粒径越小,导热系数越大;导热系数随体积浓度增大而增大,随温度升高而升高。在导热系数计算模型研究上,由于目前的预测模型一般只考虑了部分影响因素或建立在特定对象体系上,使其计算值均低于实验值,具有一定的局限性。本文利用有效体积浓度对团聚的影响进行表征,然后将该参数应用到导热系数的H-C计算模型中建立基于粘度(流变特性)的导热系数预测模型,结果表明缩小了模型计算值与实验值的偏差。 纳米流体在宏观上表现出显著的辐射特性。本文利用分光光度计结合积分球原理测试了不同粒径、不同体积浓度及不同光程下SiO2/H2O纳米流体在太阳能辐射全波段的透射率。结果表明:颗粒粒径、体积浓度对纳米流体的透射率有不同程度的影响;当颗粒粒径小于20nm时,SiO2/H2O纳米流体的透射率随光程的变化规律符合朗伯—比尔定律,当粒径大于20m时,由于颗粒散射作用增强.消光系数受到光程和波长的共同影响。 纳米流体的特性不仅与纳米颗粒特性及流体温度有关,同时调节流体pH值会改变纳米颗粒的双电层厚度,影响颗粒的团聚,进而改变流体的特性。所以本文研究了pH值对团聚的影响,并研究了团聚作用对粘度、导热系数及辐射特性的影响。根据分形理论,用分形维数能较准确地定量描述团聚程度,建立了考虑团聚的导热系数分形模型,该模型所得计算值与实验值具有较好的吻合性。 纳米流体具有显著的强化换热及辐射特性,使其有望成为太阳能电热联用系统中的新型传热工质。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB383.1

【参考文献】
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【同被引文献】
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