随着对热交换设备换热表面强化传热技术研究的深入,换热工质的传热性能已成为影响热交换设备高效紧凑性能的一个主要因素,低导热系数的换热工质已成为研究新一代高效冷却技术的主要障碍。 提高液体导热系数的一种有效方式是在液体中添加金属、非金属或聚合物固体粒子。迄今为止,在液体中添加的粒子都局限于毫米或微米级,由于这些毫米或微米级粒子在实际应用中容易引起磨损、堵塞等不良结果,而大大限制了其在工业实际中的应用。 纳米材料科学的迅速发展给强化传热领域带来了新的机遇,有学者提出了一个崭新的概念—纳米流体：即以一定的方式和比例在液体中添加纳米级金属或非金属氧化物粒子,形成一类新的传热冷却工质。 本文较为详细地研究了纳米流体的热物理特性,对纳米流体的制备和稳定性进行了探索性研究,分析了溶液中的各个影响因素,在此基础上,对其粘度和导热系数进行了实验分析和理论研究,同时对纳米流体的过冷度以及相变储能进行了研究。主要工作内容如下： 1.纳米流体的制备及分散稳定性研究 采用“两步法”制备Al2O3-H2O纳米悬浮液,通过悬浮液的重力沉降分析、Zeta电位、粒径、吸光度、TEM等对Al2O3-H2O纳米流体的稳定性进行分析,主要讨论了pH值、分散剂的种类和质量分数、纳米颗粒的质量分数对纳米流体稳定性的影响。 2.纳米流体粘度的实验研究 采用BrookfieldDV-Ⅱ+旋转粘度计测量了纳米流体的粘度。实验结果表明,溶液的温度、pH值、分散剂及纳米颗粒的质量分数均影响着纳米流体的粘度。在此基础上,建立了修正的实验关联式,与实验值相吻合。 3.纳米流体的导热系数研究 概述了当前纳米流体导热系数的测量方法,利用Hotdisk热常数分析仪测定了纳米流体的导热系数,分析了溶液的pH值、分散剂的质量分数、纳米Al2O3质量分数对纳米流体导热系数的影响,同时对纳米流体导热系数提高的机理进行了理论分析。 4.纳米流体的相变储能应用基础研究 研究纳米流体的结晶过程和纳米粒子对水蓄冷结晶时间的影响,测试纳米流体和水的结冰过程中温度随时间的变化关系,同时采用红外热像仪对水和纳米流体的结冰过程中的温度分布进行拍摄,并对两者进行对比,分析其成核结晶机理。最后将纳米流体应用于动态制冰机系统中,拍摄纳米流体和水在制冰机中的动态结冰过程,研究了纳米粒子的加入对制冰厚度和制冰量的影响。