论文部分内容阅读
纳米流体是一种新颖高效的能量输运工质，它是通过在纯液体中添加纳米级金属或非金属粒子，并辅以超声振动等方式制备而成的。由于其本身具有极为优异的换热性能，纳米流体在汽车、航空航天、生物、医学、化工、微/纳机电系统(MEMS/NEMS)、电力等诸多领域中正迅速得以推广。然而纳米流体存在一些不足，如分散稳定性难以长久维持、其粘度特性和流动特性与基液之间存在明显差别等，上述问题在很大程度上制约了纳米流体的应用。论文以Al2O3-H2O纳米流体作为研究对象，系统探究了其分散稳定性与具体制备过程，并对其粘度特性和流动特性等方面展开了深入的研究。 首先，采用物理分散与化学分散相结合的方法实验探究了Al2O3-H2O纳米流体的分散性能，并通过重力沉降观测和测试浊度等方式对其稳定性能进行表征。结果表明:在制备Al2O3纳米流体时，采取时长为1小时的连续性超声振动，同时控制磁力搅拌时长为0.5小时并处于高速搅拌和20℃的水浴加热，然后使用阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为分散剂，可以制得分散稳定性较佳的Al2O3纳米流体。 其次，实验探究了分散剂、体积分数以及温度等因素对Al2O3-H2O纳米流体粘度和相对粘度的影响。结果表明:仅当SDBS的体积分数低于2％时Al2O3纳米流体的粘度所受的影响很小可以忽略，反之则不能忽略。随着Al2O3粒子体积分数φ的增加，纳米流体粘度和相对粘度均出现增大的趋势，T=50℃时，φ=1％与φ=0.1％相比的最大增幅分别为32.8％、32.6％;而随着温度的升高，粘度近似以指数函数形式递减，φ=0.1％的最大减幅达到38.9％，但相对粘度与温度之间并不存在明显的函数关系。此外，系统经24小时温度为50℃的恒温加热，Al2O3纳米流体粘度会发生变化，而具体的变化情况与纳米粒子的添加量有关，值得注意的是冷却后再加热其粘度会出现滞后现象。 最后，采用实验手段并结合数值模拟方法对Al2O3-H2O纳米流体在微圆直管道中的流动特性进行了深入研究。结果表明:模拟得到的水和纳米流体的体积流量均与压力成正比，且与公式计算的体积流量非常吻合。同时发现质量分数为0.1％的体积流量的实验测量值及模拟值均大于质量分数为0.5％的体积流量值。此外，当微圆直管道的直径由d=50μm减为d=15μm时，受速度滑移的影响，对不同浓度的Al2O3纳米流体而言，体积流量的实验测量值由低于相应质量分数的模拟值转变为高于相应的模拟值。