氧化铝乙二醇和水混合基纳米流体对氢内燃机散热的影响规律研究

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对纳米流体Al2O3与CuO与水基冷却液相容性研究分析

对纳米流体Al2O3与CuO与水基冷却液相容性研究分析通过在水基冷却液中添加30nm、50nm的纳米颗粒Al2O3与CuO，体积量同设置三种规格0.1%、0.3%、0.5%，仿真对比分析两种纳米流体在不同粒径和体积量下的物理参数，分析得出50nm的纳米流体具有更好的粘度值，同时流体密度和粘度随着体积量增加增幅降低;Al2O3比CuO与基液具有更好相容性。

标签：纳米流体;Al2O3;CuO;粘度“纳米流体”的概念是由Choi[1]和Eastman在1995年提出并制备CuO-水、Cu-机油、Al2O3-水几种纳米流体，近年来随着对纳米流体的研究增多，发现在基液中添加高导热的纳米粒子，能够显著提升液体的传热能力;纳米粒子的大比表面积和小尺寸效应增大了颗粒与颗粒和颗粒与管壁之间的相互接触碰撞次数，增强了布朗运动，有利于整个体系保持稳定悬浮状态。

南京理工大学宣益民[2]等率先在国内开展纳米流体相关研究，讨论了雷诺数、提子体积份额对纳米流体导热和流动性能的影响，而不同金属氧化物粒子与基液相容性研究这方面内容较少。

本文将对比分析Al2O3与CuO两种纳米流体同等边界条件下冷却液的物性参数变化。

1、散热器几何结构模型汽车散热器是汽车水冷发动机冷却系统中不可缺少的重要部件，正朝着轻型、高效、经济的方向发展。

它主要由水管和散热片（多用铝材）制成，铝制水管做成扁平形状，散热片带波纹状，注重散热性能，冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过。

热的冷却液由于向空气散热而变冷，冷空气则因为吸收冷却液散出的热量而升温，所以散热器性能的优劣能够对冷却系统冷却性能的发挥产生较大影响。

按照散热器中冷却液的流动方向有横流式和纵流式，本文构建了横流式的散热器结构作为纳米流体流动特性分析载体，简化后三维几何模型的散热器片厚度为1.5mm、长度为300mm、宽度20mm，散热片间距7mm，总散热片数10，如下图1所示，已省略了散热带、安装板等于冷却液流经途径无关的部分结构。

动力

基液对于SiO2纳米流体粘度的影响研究摘要：采用两步法制备SiO2纳米流体。

纳米流体的粘度受诸多因素影响，基液的性质对其影响较明显。

实验研究以水DW，乙二醇EG，两者的混合液做基液的纳米流体在粘度上会有不同的变化，发现在相同基液的条件下，随着颗粒粒径减小，流体粘度增加；在不同的温度下，基液中EG含量越多，粘度受温度影响越大；还特别研究水，乙二醇，和混合液（乙二醇体积含量50%）为基液的纳米流体粘度随体积浓度变化的规律，对比现有粘度模型的预测，发现实验较好的与Chen修正的K-D模型符合，但是浓度越高，混合液做基液的粘度偏离越多，进行理论分析，是团聚体增大和形状的改变导致。

关键字：工程热物理；纳米流体；基液；动力粘度随着全球科学技术的发展和能源问题的日益突出，极大地需求新型换热流体来提高换热效率减少能量消耗，而传统的流体，像是水，机油和乙二醇通常被用作换热工质，尽管已经有多种技术来强化换热，但这些传统工质的低导热系数阻碍了强化的效果。

众所周知, 常温下固体材料的导热系数要比流体材料大几个数量级。

加上近年来，纳米材料和技术的快速发展给固体颗粒强化流体传热带来了新的机遇。

Choi等[1]首先提出了纳米流体的概念，即以一定的方式和比例在液体中添加纳米级金属或金属氧化物粒子, 形成一类新的传热冷却工质，这是纳米技术应用于传热学中的创新性研究。

通常认为纳米流体是在流动状态下发挥优越性能的,动力粘度是研究流体流动与换热规律的重要参数之一。

水和乙二醇是纳米流体中最常用的基液，他们有各自不同的特性，以不同比例混合而成的乙二醇和水的混合液作基液，可以起到优势互补的效果，制备得的流体呈现不同的物性。

尤其在一些寒冷的地区，换热流体需要冰点较低，乙二醇水溶液可以满足，并且现在车载防冻液大部分也在使用它[2-3]。

Das[4]研究了体积分数均为8% ,粒径分别为20 nm、50 nm、100 nm 的SiO2-乙二醇/水(质量百分比60∶40)纳米流体在不同温度下的粘度,发现:粒径100 nm 的SiO2 纳米流体的粘度最小。

MgO—乙二醇／水基纳米流体稳定性研究

MgO—乙二醇／水基纳米流体稳定性研究文章采用两步法制备了MgO-乙二醇/水基纳米流体悬浮液，加入适量分散剂，经超声波振荡后静置，获取其稳定性特征。

结果表明，超声振荡时间、纳米颗粒质量分数、分散剂种类和分散剂质量分数是影响MgO-乙二醇/水基纳米悬浮液稳定性的主要因素，阿拉伯树胶能够改善此类纳米颗粒悬浮液稳定性。

标签：纳米流体；稳定性；超声振荡；分散剂1 概述随着能源约束和环境保护的日益突出，新兴换热理论和设备对高效换热提出了更高的要求。

因此，找到一种稳定、传输快、效率高的传热介质成为探索目標[1-2]。

纳米流体是将纳米级颗粒加入基液中形成一种新工质，其原理在于纳米级颗粒增大了液体的导热系数，换热能力大为提高。

学界对纳米流体开展了较多研究，取得阶段性进展。

从研究工质来看，大多以CuO、TiO2、Al2O3等金属氧化物的纳米颗粒悬浮物为主。

从研究内容来看，主要集中在纳米流体制备、热物性参数与换热性能测试方面。

从研究结论来看，总体上表现纳米流体强化换热，但在微观规律性层面，不同文献结论并不完全一致，甚至出现相互矛盾的现象。

文章拟制备乙二醇/水基的MgO纳米颗粒悬浮液，选择合适分散剂，采用超声波进行振荡分散，寻找超声振荡时间、MgO质量分数、分散剂种类及其质量分数对纳米悬浮液稳定性能影响的定性规律，为纳米流体强化换热提供理论参考和应用借鉴。

2 材料与方法试验材料包含MgO颗粒（50nm级）、乙二醇、去离子水、十二烷基苯磺酸钠SDBS、阿拉伯树胶粉以及超声波振荡器、梅特勒电子精密天平试验设备。

试验采用两步法制备MgO-乙二醇/水基纳米颗粒悬浮液，首先将乙二醇和去离子水按体积比1：1混合制备成基液，再将一定量的MgO粉体直接添加到基液中，同时添加适量分散剂，并用玻璃棒强力搅拌。

本试验选用分散剂为阿拉伯树胶粉和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）。

为了强化MgO纳米颗粒的分散效果，采用超声振荡方式，增加脉动，配成质量分数为0.5%的MgO-乙二醇/水基纳米颗粒悬浮液。

发动机冷却系统内纳米流体强化换热模拟

发动机冷却系统内纳米流体强化换热模拟彭稳根;刘元春;胡彦伟;何玉荣【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2011(043)001【摘要】为了提高发动机的经济性、可靠性,研究了以纳米流体作为冷却系统内的新型高效换热工质时的传热效果.分别对水、TiO2纳米流体、Al22O3纳米流体和CuO纳米流体的冷却效果进行了模拟研究,得到了冷却系统的换热系数及压力分布图.研究结果表明:TiO2、Al2O3和CuO这3种纳米流体能显著提高发动机的散热性能,与水相比,三者的平均表面换热系数分别提升了10.82%、8.43%和11.24%,而泵功则分别只增加了1.06%、1.30%和1.98%.以纳米流体作为冷却介质时,能以很小的泵功损失增加量带来换热系数的大幅度提高,有利于增强冷却系统的换热.【总页数】5页(P109-113)【作者】彭稳根;刘元春;胡彦伟;何玉荣【作者单位】哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,150001,哈尔滨;哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,150001,哈尔滨;哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,150001,哈尔滨;哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,150001,哈尔滨【正文语种】中文【中图分类】TP242【相关文献】1.封闭腔内纳米流体自然对流换热的数值模拟 [J], 孟曦;侯海明;马兵善;葛玉龙;殷结峰2.三角腔内纳米流体自然对流换热数值模拟 [J], 王晓峰;郭双冰;靳凤侠3.封闭腔内纳米流体强化自然对流换热的数值模拟 [J], 李新芳;朱冬生4.微通道内Al2O3-水纳米流体强制对流换热的数值研究 [J], 白国君;张晶;马文强;王刚5.碳纳米管复合物纳米流体切削液的稳定性与强化换热 [J], 关集俱; 陈锦松; 吕涛; 许雪峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

纳米流体在使用两相模型波浪通道内紊流强制对流

纳米流体在使用两相模型波浪通道内紊流强制对流两相混合物模型被用于数值模拟的Al2O3-动荡的强制对流水纳米流体在波状挡边通道下恒热流。

这两种混合和单相模式实施研究在这样的纳米流体流动几何形状和结果进行了比较。

的影响纳米颗粒的体积分数，雷诺数和波纹壁传热速率的振幅进行了研究。

结果表明，随着纳米颗粒的体积分数，雷诺数和振幅壁波，传热率增加。

高努塞尔数比在单相模式类似的案例。

Introduction传热系统的优化是一个显著的问题在许多工程应用中，特别是那些采用紧凑式换热器。

用波浪渠道，作为一种被动方法是一种廉价的和适宜的方式以增加在紧凑式换热传热率热交换器。

波浪渠道防止发展流通过扰乱流场和边界层和也提高较高和较低温度的混合流，这有助于提高传热。

几何形状和结果进行了比较。

的影响纳米颗粒的体积分数，雷诺数和波纹壁传热速率的振幅进行了研究。

结果表明，随着纳米颗粒的体积分数，雷诺数和振幅壁波，传热率增加。

还结果表明，该混合模型产生于高努塞尔数比在单相模式类似的案例。

另一方面，紊流是非常重要的从科学和工程的角度来看，因为它通常发生在许多工业应用中，如热交换器，制冷系统，燃气涡轮机和核反应堆。

王和陈[1]研究了热传递率在在层流政权统一的正弦波纹通道壁温。

他们发现，通过增大雷诺数数和普朗特数都热的速率传输和表面摩擦的增加，并且没有显著强化传热在较小的幅度波长。

在类似的情况下，穆罕默德等人。

[2]数值研究层流强制对流在波浪的入口区域墙通道恒定壁面热流。

雷诺数是在100-1500的范围和幅度表面为0和0.5之间。

他们的研究结果表明：的剪切应力和努塞尔数随增大雷诺数和最高幅度发生在入口区域。

Zhang等人。

[3]研究了数值的热传递增强的Al2O3-水纳米流体的自然对流在加热波浪腔。

他们研究的影响瑞利数，波浪墙和体积的幅度在流场和温度纳米流体的部分分布。

他们报道了这些参数的影响都在流场更有效的比对温度分布。

拉希米等。

[4]，研究了湍流强制对流在一个会聚的正弦通道射流数值。

08-纳米流体在发动机燃烧室部件冷却中的应用

纳米流体在发动机燃烧室部件冷却中的应用∗Application of nanofluids in cooling of enginecombustion components吕继组徐哲白敏丽（1 大连理工大学能源与动力学院，大连 116023）摘要：纳米流体由于具有高导热率而成为一种高效强化传热工质。

本文将Cu-水纳米流体应用到发动机燃烧室部件的冷却中，并利用大型商用CFD软件STAR-CD针对不同浓度纳米流体的发动机冷却系统进行三维数值模拟计算，通过计算得到传热工质的流场、压力场及壁面换热系数的空间分布。

计算结果清晰地显示出，Cu-水纳米流体与水相比显著提高了发动机的散热能力，而且随着纳米粒子浓度的增大而增大。

当浓度达到5%时，散热量增加了43.85%。

与换热性能的显著提高相比，发动机冷却腔内流体的流速基本保持不变，总压降仅增大7%，这些都是可以接受的。

关键词：纳米流体发动机冷却 CFD 换热性能Abstract：Nanofluids is a kind of high efficient strengthening heat-transfer medium on account of its high thermal conductivity. In this paper, Cu-water nanofluid was applied in the cooling of engine combustion components and the commercial CFD software STAR-CD was employed to perform the 3-D numerical simulation of engine cooling system with different concentration nanofluids. The flow field, the pressure field and the heat-transfer coefficient distribution on the wall was clearly revealed by the simulation. Compared with the water, Cu-water nanofluids can evidently enhance the heat-sinking capability of engine, and the enhancement was larger with increasing the concentration of nanoparticles. When the concentration was 5%, the heat dissipating capacity increased by 43.85%. With a remarkable enhancement on heat-transfer capability, the velocity of fluid in engine cooling jacket kept almost the same, and the total pressure reduction only increased by 7%, which can all be accepted.Keywords:nanofluids, engine, cooling, CFD, heat-transfer capability前言发动机在工作的过程中, 与高温燃气相接触的部件会受到强烈的加热, 如不加以适当的冷却, 会使发动机过热, 充气系数下降, 燃烧不正常(爆燃、早燃等), 机油变质和烧损, ∗基金项目：国家自然科学基金资助项目(50276007和50576008)辽宁省自然科学基金资助项目（20062180和20042156）零件的摩擦和磨损加剧, 引起内燃机的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化[1]。

氧化铝纳米冷却液对发动机冷却性能影响的分析

第３７卷第６期
２０１６年１２月
内
燃
机
工
程
Ｖｏ１．３７Ｎｏ．６
ＣｈｉｎｅｓｅＩｎｔｅｒｎａｌＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｄｅｃｅｍｂｅｒ．２０１６
ｃｏｏｌａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｓｒａｐｉｄｌｙａｆｔｅｒ９０ ℃ 。ＳＯｔｈｅａｌｕｍｉｎａｎａｎｏ — ｃｏｏｌａｎｔｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｏｌｉｎｇ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｉｔｓｓｍａｌｌｅｒｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｔｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｔｈｅ
ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｔｈｅｃｏｏｌａｎｔｒｅａｃｈｅｓｉｔ ’ Ｓｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｌｕｍｉｎａｎａｎｏｃｏｏｌａｎｔｉｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅｗａｔｅｒｊａｃｋｅｔｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄ

高等学校工程热物理第十五届全国学术会议

高等学校工程热物理第十五届全国学术会议编号：B-09050纳米流体及纳米粒子-石蜡乳状液强化传热的研究进展邹得球1,2，肖睿1，何世辉1，黄冲1，董凯军1，冯自平1（1.中国科学院广州能源研究所，广东广州510640； 2.中国科学院研究生院，北京100039）摘要：介绍了纳米流体的制备方法，探讨了纳米流体强化传热的机理，分析了添加纳米粒子对以水、乙二醇、油为基液时导热系数的影响，综述了纳米流体对流换热性能的研究进展。

结合本实验室的研究方向，提出了在石蜡乳状液中添加纳米粒子强化石蜡乳状液传热性能的方法，并制备了纳米铝－石蜡乳状液，分析了该悬浮液的性能。

最后，指出了纳米流体研究存在的问题并对其应用前景进行了展望。

关键词：纳米粒子；纳米流体；石蜡乳状液;相变材料；强化传热1995年，美国Argonne国家实验室的Choi[1]等人首次提出了纳米流体概念：纳米流体介质是指把金属或非金属纳米粉体分散到水、醇、油等传统换热介质中，制备成均匀、稳定、高导热的新型换热介质。

这一崭新概念的提出，促成了许多新材料的发展。

研究表明在液体中添加纳米粒子，显著增加了液体的导热系数，增强了液体的传热性能，显示了纳米流体在强化传热领域具有广阔的应用前景，纳米流体的研究逐渐成为化工、能源、电子、材料科学等学科的研究热点。

本文所述石蜡乳状液是一种新型的相变储热及潜热输送介质，不仅具有较高的潜热值，而且能保持良好的流动性，在输送过程中能大大节约泵耗[2]。

笔者从理论上分析了石蜡乳状液制备与纳米粒子的分散可一步完成的可行性，制备的纳米铝—石蜡乳状液已超越了传统的观念上纳米流体的定义，丰富了纳米流体的内涵。

1.纳米流体的制备纳米流体不是指简单的固—液混合物，在纳米粒子的悬浮液中，由于颗粒表面的活性使它们很容易团聚在一起，形成带有若干弱连接界面较大的团聚体。

因此，如何使纳______________________________________________基金项目：国家自然科学基金-广东联合基金（U0634005），科技部863计划项目（2006AA05Z254），中国科学院广州能源研究所所长基金（0807rc）第一作者：邹得球(1981-)，男，博士生，zoudq@；通讯作者：冯自平（1968-），男，博士，研究员，博士生导师，主要从事空调、蓄能方面研究,fengzp@。

Al2O3-H2O纳米流体的导热性能

等ｌ７研究了ＳＣＨ０纳米流体的导热系数，培ｉ．实验结
果表明，中添加５的Ｓ在水％ｉＣ纳米粒子，形成的纳米流体的导热系数比水提高２％．ｉＰｔｓｎ９０Ｌ和ｅｒ研究ｅｏ
了ＣＯＨ０（９１１和Ａ２３Ｈ０（６ｍ）种纳米ｕ —２２１）１／１０．２３ｎ两
中图分类号：Ｋ１４Ｔ２
文献标识码：Ａ
随着纳米技术的飞速发展和能源问题的日益突
提高１％～３％［５．华大学王补宣等报道了００４］清－。在水中添加０４的ＣＯ纳米粒子，成的纳米流．％ｕ形体的导热系数比水提高了１％．７中国科学院谢华清
值、分散剂加入量和纳米粒子含量对导热性能的影响．果表明：结最适宜的ｐＨ值和分散
剂加入量能显著提高水溶液中Ａ面Ｚｔ１表０ｅａ电位的绝对值，增大颗粒间的静电排斥力，悬浮液分散稳定性较好，导热系数较高；分散稳定和导热系数提高两个方面来考虑，从最佳ｐＨ值为８０左右；０１％Ａ，３０纳米流体中，．在．０１－ＯＨ，十二烷基苯磺酸钠的最佳加入量
作者简介：朱冬生（９４）男，，１６一，教授博士生导师，主要从事强化传热、节能和制冷研究及应用．－ａ：ｅｓｚｕｃｔｅｕｃＥｍｉｃｄｈｈ＠ｓ．ｄ．ｎｌｕ
华南理工大学学报（然科学版）自

纳米流体导热系数影响因素分析

第42卷第8期2016年8月北京工业大学学报JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGYVol.42No.8Aug.2016纳米流体导热系数影响因素分析夏国栋,刘　冉,杜　墨(北京工业大学环境与能源工程学院,北京　100124)摘　要:为了全面分析纳米流体的稳定性及导热系数影响因素,采用两步法配置了以去离子水和乙二醇为基液的氧化铝纳米流体,并添加了不同种类的分散剂.利用紫外可见分光光度计对纳米流体吸光度值进行测试,并基于Hot Disk 热物性分析仪测试其导热系数.结果表明:吸光度法可有效评价纳米流体稳定性,但需要考虑分散剂对基液吸光度值的影响.超声波振荡可破坏粒子团聚,且当超声时间为1h 时纳米流体稳定性最佳.分散剂㊁粒子体积分数㊁温度㊁基液等因素均会影响纳米流体的导热性能.当温度为50℃时,添加质量分数0.2%的PVP 分散剂,体积分数为0.5%的氧化铝-水纳米流体导热系数提高约20%.纳米流体可有效提供工质导热系数,提升系统散热性能.关键词:纳米流体;导热系数;吸光度中图分类号:TK 124文献标志码:A文章编号:0254-0037(2016)08-1252-07doi :10.11936/bjutxb2015100029收稿日期:2015⁃10⁃12基金项目:北京市自然科学基金资助项目(3142004);北京市优秀博士学位论文指导教师科技项目资助(20131000503)作者简介:夏国栋(1965 ),男,教授,博士生导师,主要从事微电子设备的冷却及微尺度流动与传热㊁气液两相流动与传热方面的研究,E⁃mail:xgd@Analysis of the Thermal Conductivity of NanofluidsXIA Guodong,LIU Ran,DU Mo(College of Environment and Energy Engineering,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China)Abstract :In order to analyze the stability and thermal conductivity of nanofluids,Al 2O 3nanofluids based on DI⁃water and EG were prepared by a two⁃step method,and different dispersant were added to avoid particle aggregation.The UV /VIS Spectrophotometer and Hot Disk thermal constant analyzer were used.The results reveal that absorbance can appraise the stability of nanofluids effectively,but the influence of dispersant should be considered.Ultrasonic oscillations can destroy the accumulation of nanoparticles,and it is 1h for the best effect.Moreover,dispersant,particle volume fraction,temperature and based fluids are all the influencing factors on thermal conductivity of nanofluids.When the temperature is 50℃,the thermal conductivity of 0.5%Al 2O 3⁃water nanofluids with 0.2%PVP has been improved by about 20%.Nanofluids can enhance the thermal conductivity of working fluids effectively,and the heattransfer performance of system can also be improved.Key words :nanofluids;thermal conductivity;absorbance 随着电子设备的迅猛发展,热交换设备高传热负荷和传热强度成为了制约电子器件微型化㊁集成化的首要问题.纳米流体是指以一定的方式和比例在液体工质中添加1~100nm 级金属或金属氧化物粒子而形成的纳米颗粒稳定悬浮液.由于纳米粒子具有小尺寸效应,可使其分散行为更接近液体分子并保证了工质流体的稳定性.同时,布朗运动的存在提高了粒子间相互碰撞的机会,促进热量传递并　第8期夏国栋,等:纳米流体导热系数影响因素分析进一步提高工质的导热性能.但粒子粒径越小,比表面积越大,表面能就越高,越易发生团聚导致固体颗粒沉淀,降低流体的稳定性,并有可能恶化纳米流体的强化换热效果.为提高纳米流体稳定性,分散剂被广泛应用[1⁃3],实验结果说明分散剂可以显著降低粒子的表面张力,防止颗粒聚集,且分散剂质量分数与粒子体积分数间存在一定的最佳比例关系.纳米流体的光学性质能高度反映出溶液内纳米微粒的分散性和不均匀性,因此,诸多学者对纳米流体的吸光度展开研究.当纳米流体内存在均匀分散的固体粒子时,流体的透光率较差,大部分入射光被吸收或反射.随着粒子的沉淀,流体会呈现明显的分层现象,此时,纳米流体的透光率不断增加,吸光度大幅降低.李金凯等[4]通过实验发现,氧化铝纳米流体在振荡3h 后吸光度值最高,稳定性最好.宋玲利等[5]对纳米铝粉颗粒的分散性展开研究,研究结果表明:当乙醇与去离子水以1∶1比例混合作为基液时,纳米流体吸光度值最大,分散效果最佳.1993年,日本东北大学Masuda等[6]分别测量了平均粒径为13nm的Al2O3和27nm的TiO2纳米粒子悬浮液导热系数,研究结果表明:当Al2O3和TiO2粒子体积分数均为4.3%时,其悬浮液导热系数比水分别提高32%和11%,纳米流体导热性能得到明显提高.谢华清等[7]采用两步法分别制备了以去离子水㊁乙二醇㊁泵油为基液的等体积分数氧化铝纳米流体.研究结果表明:纳米流体导热系数增加率随基液导热系数的增加而减小,以水为基液的氧化铝悬浮液导热系数仅为以泵油为基液时的一半.寿青云等[8]对几种纳米流体导热系数进行测试,研究结果表明:随粒子体积分数和温度的增加,纳米流体导热能力得到明显提升.Putnam等[9]和Utomo 等[10]等发现纳米流体导热系数相比于水并没有显著提高.综上,纳米流体的导热机理明显不同于传统换热工质,针对其导热性能的研究需考虑更多的影响因素.此外,尽管吸光度法被逐渐应用于纳米流体的稳定性测试,但是关于工质内物质成分对吸光度影响的研究却很少.因此,本文通过两步法制备出不同的氧化铝纳米流体,采用紫外可见分光光度计对其吸光度值进行测试,并基于Hot Disk热物性分析仪得到纳米流体的导热系数,从分散性能和导热性能两方面对纳米流体的影响因素展开更加全面地分析.1　纳米流体制备纳米流体的制备是应用纳米粒子增强液体工质传热性能的关键环节.两步法制备纳米流体是将一定比例的金属或金属氧化物纳米粒子添加到基液中,形成纳米粒子悬浮液,再根据基液的种类和理化属性,添加相应的表面分散剂,辅以超声振动,获得悬浮稳定性较好的纳米流体[11].由于两步法的程序简单方便,易于批量化生产,适用于制备较大体积分数的纳米流体,因此,本文选用两步法制备氧化铝纳米流体.实验所用氧化铝粉体由北京德科岛金科技有限公司提供,粒径为20nm,纯度为99.9%,密度为3.68g/cm3.为研究分散剂对纳米流体稳定性的影响,分别选用了由天津市福晨化学试剂厂提供的非离子型聚乙烯吡咯烷酮(PVP)㊁阳离子型十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)㊁阴离子型十二烷基硫酸钠(SDS)作为分散剂,详细参数如表1所示.表1　表面活性剂参数Table1　The parameters of dispersant简称中文名化学式分子质量属性SDS十二烷基硫酸钠C12H25NaSO4288.38阴离子型CTAB十六烷基三甲基溴化铵C19H42NBr364.45阳离子型PVP聚乙烯吡咯烷酮(C6H9NO)n30000.00非离子型制备过程中,首先采用瑞士梅特勒-托利多XS403S专业型精密天平称量出相应粒子体积分数下的纳米粉体质量以及分散剂的质量,再将其均匀分散到基液中,最后通过机械搅拌(79-1磁力加热搅拌器)和超声波振荡(KB-100DB型超声波振荡器)的方法提高其稳定性.由于纳米粒子的体积分数通常难以精确测定,因此,纳米流体中粒子的体积分数可以通过计算得到[11]3521北　京　工　业　大　学　学　报2016年φ=ρf wρf w+ρp(1-w)式中:ρf和ρp分别为基液和纳米粒子的密度;φ和w分别表示纳米流体中粒子的体积分数和质量分数.2　实验设备2.1　纳米流体稳定性测试选用上海美析仪器有限公司UV-1500PC紫外可见分光光度计对纳米流体吸光度进行测试.该设备的波长范围为190~1100nm,波长准确度为±0.5nm.实验过程中,以去离子水作为空白溶液,并依次对待测纳米流体进行全波长扫描,选取最佳吸收波长下测得的吸光度值进行对比分析.为保证实验结果有效,对体积分数为0.5%的氧化铝纳米流体进行多次波长扫描,最佳吸收波长如表2所示.结果显示最佳吸收波长λ波动范围为±3nm,实验结果有效.表2　体积分数为0.5%的Al2O3纳米流体最佳吸收波长Table2　Optimal absorptive wavemeter of0.5%Al2O3 nanofluid扫描次数1234λ/nm205203206205 2.2　纳米流体导热系数测试利用瑞典Hot Disk2500S型热物性分析仪对纳米流体的导热系数k进行测试,该仪器的工作原理是基于瞬变平面热源技术,测试系统如图1所示.实验过程中,纳米流体被注入不锈钢夹套内并沉浸于油浴内,探头放置于样品中间,利用恒温油浴为纳米流体提供稳定的外界环境温度.由热阻性材料镍制作的双螺旋形状平面探头既可以作为增加样品温度的热源,也可作为温度传感器用于记录温度随时间的变化.测试过程中,施加在探头上的电流会产生一定的热量并向两侧样品扩散,热量传递的速度依赖于样品的热传导特性,因此,可以根据探头热阻变化得出热量损失,进而反映出样品的导热性能.为确保实验误差,首先对去离子水导热系数k0进行测试,实验结果如表3所示.结果表明,去离子水的测试结果重复性较好,在温度为20℃时其导热系数平均值为0.6019W/(m㊃K),相比于理论值0.5999W/(m㊃K)误差仅为0.33%,实验结果有效.图1　热物性分析仪测试系统Fig.1　Schematic diagram of the thermal constant analyzer 表3　去离子水导热系数测试结果Table3　Thermal conductivity of DI⁃water测试次数1234k0/(W㊃m-1㊃K-1)0.60150.60170.60230.6022 3　实验结果与分析3.1　振荡时间对纳米流体稳定性的影响纳米流体内固体粒子在受力作用下会不断聚集絮凝,体积分数由上到下呈现梯度增加,最终形成明显的分层现象.机械搅拌可以使固体颗粒在宏观条件下均匀分散在基液中,超声波振荡可以提供局部高温高压条件,在强冲击波或微射流的作用下破坏分子间作用力,打破粒子间的团聚,提高纳米流体稳定性.但超声波振荡时间过长将导致流体温度升高,剧烈的布朗运动会增加粒子间的碰撞机会,巨大的表面活性会加速粒子间聚集.为研究超声波振荡时间对纳米流体稳定性的影响,制备了体积分数为0.5%的氧化铝纳米流体,并添加了相同质量分数(0.2%)的PVP作为分散剂,在超声波振荡前后均进行了5min的机械搅拌以提高粒子的稳定性.图2为3d内超声波振荡时间对相同体积分数氧化铝纳米流体稳定性影响的沉降图,振荡时间从左到右依次降低,分别为3h㊁2h㊁1 h㊁30min㊁5min.可以看出,新制备的纳米流体均呈现较好的悬浮性,在静置3d后开始出现明显的分层现象.尤其是当振荡时间仅为5min时,悬浮液透光率大幅增加,而振荡时间为1h甚至更长时,纳米流体分散性得到了较好的保证.图3㊁4分别为体积分数为0.5%的氧化铝纳米流体吸光度随振荡时间t o和静置时间t s的变化曲4521　第8期夏国栋,等:纳米流体导热系数影响因素分析图2　氧化铝纳米流体沉降图Fig.2　Sedimentation of Al 2O 3nanofluids线.实验过程中对纳米流体进行了全波长扫描,并选取最佳吸收波长下测试得到的吸光度值进行分析.从图3可以看出,纳米流体吸光度值随超声波振荡时间的增加呈现先增大后降低的变化趋势.当振荡时间为1h 时,吸光度值最大,说明在该振荡时间下单位体积溶液内粒子体积分数最大,粒子分散性较好.当振荡时间过长时,由于温度升高增加粒子碰撞机会,加速粒子团聚.当振荡时间较短时,超声波提供的高温环境使得纳米粒子在较短时间内聚集却没有更长时间破坏团聚,造成分散性较差,吸光度值低于未振荡的纳米流体.但在静置18h 后,未振荡的纳米流体吸光度值迅速降低,在重力作用下粒子几乎全部沉淀,说明超声波能够明显改善粒子分散性,但存在最佳超声时间.从图4还可以看出,新制备的纳米流体吸光度值均明显大于静置后,说明悬浮液内固体粒子能够在初始时刻均匀分散并吸收较多的入射光,但随着时间的推移粒子不断积聚沉淀,稳定性逐渐降低.纳米流体的稳定性对其实际应用存在至关重要的影响,在制备过程中需要选取合适的超声时间,并添加适用的分散剂以改善粒子的分散性.此外,可以考虑利用较低体积分数的纳米流体进行强化换热,在提高工质传热性能的同时避免粒子团聚,保证工质的稳定性.3.2　分散剂对纳米流体稳定性的影响由于纳米粒子粒径较小,比表面积较大,表面原子数较多,因此,表面原子的配位不平衡而形成大量的带电粒子,在粒子间库仑力等相互作用下会形成带有弱连接界面的大尺寸团聚体.分散剂能够均匀包覆在粒子周围形成微胞状态,降低粒子的表面活性并防止由于粒子接触导致的絮凝.图3　吸光度随振荡时间变化Fig.3　Varies of absorbance with ultrasonic oscillation图4　吸光度随静置时间变化Fig.4　Varies of absorbance with time图5分别为添加不同种类分散剂的去离子水和体积分数为0.5%的氧化铝纳米流体波长扫描图,分散剂的质量分数均为0.2%.可以看出,分散剂溶液和纳米流体的最佳吸收波长均为190~210nm,添加了PVP 和CTAB 分散剂的溶液吸光度值明显偏高.由于阳离子型分散剂CTAB 的烷基碳链较长导致水溶性较低,非离子型分散剂PVP 分子质量较大且碳链越长越难于溶于水,在水中可以分解出更多能够有效吸收入射光的物质,导致添加该2种分散剂的溶液吸光度值较大.而阴离子型分散剂SDS 的直链烷基取代基碳原子数较少,在室温下水溶解量最大,其溶液的吸光度值与水差别较小.纳米粒子的添加提高了溶液内悬浮物体积分数,其溶液吸光度值相比于水有所提高.因此,在利用吸光度法对纳米流体稳定性进行评价时,吸光度绝对值的大小并不能直观反映出悬浮液内粒子的分散程度,需要考虑分散剂的影响,并对吸光度相对值的大小进行研究.为分析分散剂添加量对纳米流体导热系数的影响,选用非离子型PVP 作为分散剂配置了氧化铝纳米流体,Al 2O 3纳米粒子的体积分数分别为0.1%和2.5%,相应的质量分数分别为0.027%和0.643%,5521北　京　工　业　大　学　学　报2016年图5　基液与纳米流体的波长扫描图Fig.5　Wavelength scanning of based fluids and nanofluids 振荡时间均为1h,结果如图6所示.可以看出,分散剂的添加量会随温度的升高而增加,在不同粒子体积分数和环境温度下,氧化铝纳米流体导热系数提高比例最大时所需的分散剂添加量不同.当氧化铝纳米粒子体积分数为0.1%时,室温为20℃的条件下分散剂与粒子质量分数比约为2∶1,当温度升高至40℃时该质量分数比增加至4∶1.当氧化铝粒子体积分数为2.5%时,分散剂与粒子质量分数比随温度的升高从1∶5增加至2∶5.单位体积溶液内粒子体积分数越低,粒子间碰撞几率越小,颗粒自由运动空间越大,即需要较多分散剂吸附在粒子表面降低其表面张力,防止粒子团聚.反之,当粒子体积分数增加时,单位体积内固体颗粒体积分数增加,布朗运动会加剧粒子间碰撞,促进热量传递,此时若分散剂的质量分数过大有可能造成颗粒表面活性分子富集,导致大量粒子聚集沉淀.此外,分散剂溶液内的氢键会随着温度的升高被破坏,减弱分散剂的亲水性,导致PVP分散剂水溶解量逐渐降低.因此,对于相同体积分数的纳米流体,导热系数达到最大值时对应的PVP质量分数会随温度增加而增大.当温度达到40℃,PVP分散图6　分散剂对氧化铝纳米流体稳定性的影响Fig.6　Effect on stability of nanofluids with differentdispersant剂质量分数为1.0%时,体积分数为2.5%的氧化铝纳米流体的导热系数提高比例达到10%.3.3　粒子体积分数和温度对纳米流体导热性能影响纳米流体内粒子体积分数越高,单位体积内固体颗粒含量越大,比表面积越大,能够用来传递热量的换热面积越大,且粒子间碰撞几率的增加大幅提升了热交换效率,能够有效改善工质的导热性能.随外界环境温度的升高,纳米流体内均匀分布的固体粒子会加速粒子间的热量传递,但是在高温环境下,纳米粒子易聚集产生沉淀进而恶化工质导热性能.图7为不同温度环境下氧化铝纳米流体导热系数随粒子体积分数的变化曲线,纳米流体内添加了相同质量分数的PVP作为分散剂.可以看出,氧化铝纳米流体导热系数随粒子体积分数的增加呈现先增大后降低的变化趋势,且温度越高,导热系数越大,变化趋势越明显.当温度升高至50℃时,体积分数为0.5%的氧化铝导热系数相比去离子水提高了约20%,导热性能得到大幅提升.6521　第8期夏国栋,等:纳米流体导热系数影响因素分析图7　粒子体积分数对纳米流体导热系数的影响Fig.7　Effect on thermal conductivity of Al 2O 3nanofluidswith different particle volume fraction图8为粒子体积分数为0.5%和1.5%的氧化铝纳米流体导热系数随温度兹的变化曲线.随温度的不断升高,导热系数均呈现不断上升的趋势,但是,当温度升高至50℃后导热系数值反而降低.常温环境下,分子热运动水平较低,纳米流体导热系数相比去离子水没有明显改善.随着温度的升高,粒子布朗运动逐渐剧烈,增加了固体颗粒表面的接触机会,促进了热量传递,提高了工质的导热能力,但温度过高会促使粒子相互聚集,导致传热恶化,导热系数降低.图8　温度对纳米流体导热系数影响Fig.8　Effect on thermal conductivity with differenttemperature此外,在相同温度环境下,粒子体积分数越高,导热系数越低.由于纳米流体内添加了相同质量分数的非离子型PVP 作为分散剂,当粒子体积分数较小时,分散剂量过多会导致固体颗粒周围富集更多的表面活性剂分子产生弱化作用.而随着粒子体积分数的增加,分散剂分子无法有效包覆在粒子表面,导致固体颗粒量越多,PVP 分散效果反而会有所降低.且PVP 在高温环境下会放热,造成纳米粒子在过高温度下导热性能恶化.3.4　基液对纳米流体导热性能的影响乙二醇可以作为制冷剂应用于制冷制热系统中,由于其导热系数较低㊁黏度较大,可以与水以一定比例混合作为基液,在提高基液导热系数的同时利用乙二醇的黏度改善纳米流体的分散性.图9为不同乙二醇/去离子水混合比例下,基液与体积分数0.5%氧化铝纳米流体导热系数的关系图.结果表明,随基液中乙二醇质量分数的增加,基液和纳米流体的导热系数值均不断降低.以去离子水为基液时纳米流体导热系数提高比例最大,其次为水与乙二醇混合比例为1∶1时.在其他混合比例下,纳米流体导热系数几乎与基液相同.图9　导热系数随乙二醇/去离子水比例关系的变化Fig.9　Varies of thermal conductivity with EG /DI⁃water图10　不同基液下纳米流体导热系数变化曲线Fig.10　Thermal conductivity of nanofluids with differentbased fluids图10分别为去离子水㊁质量分数分别为50%㊁80%的乙二醇3种不同基液条件下,粒子体积分数为0.5%的氧化铝纳米流体导热系数随温度的变化曲线.以去离子水基液时,纳米流体导热系数最高且随温度的变化趋势最为明显,随基液中乙二醇含量的增加,纳米流体导热系数迅速降低,且随温度的升高其值变化趋势平缓.7521北　京　工　业　大　学　学　报2016年由于在去离子水中混合乙二醇可以增加基液的黏度,使纳米粒子能够在黏度的作用下沉降速率降低,提高其分散性.因此,当乙二醇混合比例较低时,基液中水起主要作用,分散性改善效果较差且乙二醇的添加降低了基液的导热系数,导致工质整体导热性能未有明显提高.当乙二醇混合比例不断增加时,基液中乙二醇逐渐占据主导地位,黏度的大幅增加可以阻止纳米粒子的沉降.但是当基液黏度过大时,粒子运动得到阻碍并且有可能在水和乙二醇比例差的影响下导致纳米流体出现从上到下密度梯度增加的情况,纳米粒子最终会在重力作用下逐渐沉积到底层,纳米流体的分散性能和导热性能同时恶化.此外,随着温度的升高,基液和纳米流体的黏度会逐渐降低,流动阻力也会随之降低,更加有利于粒子迁移,促进热量交换,提高导热系数.4摇结论1)吸光度法可有效评价纳米流体的分散性,但需考虑分散剂等物质的添加对基液吸光度值的影响.2)超声波振荡和分散剂的添加可以提高纳米流体稳定性,但振荡时间过长会引起温度升高导致粒子快速聚集沉淀,分散剂添加量与固体粒子体积分数的比值也会影响纳米流体的导热性能. 3)在分散剂添加量相同的条件下,纳米流体导热系数随粒子体积分数的增加呈现先增大后减小的变化趋势,且随温度的升高得到大幅提升,但当温度过高时导热性能恶化.体积分数为0.5%氧化铝纳米流体在温度为50℃导热性能得到最大幅度提升,相比去离子水提高约20%.4)在去离子水中以一定比例混合乙二醇可以改善纳米流体的分散性,但存在最佳的混合比例.由于乙二醇导热系数降低,纳米流体导热性能没有得到更好改善.参考文献:[1]XIE H Q,WANG J C,XI T G,et al.Thermal conductivity enhancement of suspensions containing nanosized alumina particles[J].Journal of Applied 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混合纳米流体粒子比对热物性参数的影响及性能分析

２０２１年４月第２期第４６卷昆明理工大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ）Ａｐｒ．２０２１Ｎｏ２Ｖｏｌ４６ｄｏｉ：１０．１６１１２／ｊ．ｃｎｋｉ．５３－１２２３／ｎ．２０２１．０２．０４混合纳米流体粒子比对热物性参数的影响及性能分析马明琰，翟玉玲，李法社，姚沛滔，李彦桦（１．昆明理工大学省部共建复杂有色金属重点实验室，云南昆明，６５００９３；２．昆明理工大学冶金与能源工程学院，云南昆明，６５００９３）摘要：为了研究氧化物混合纳米流体的粒子混合比对导热系数及粘度的影响，实验采用两步法制备Ａｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／乙二醇－水混合纳米流体，并用ＨｏｔＤｉｓｋ２５００Ｓ热常数分析仪及ＤＶ３Ｔ粘度仪测量了温度范围为２０～６０℃、２０ｎｍＡｌ２Ｏ３与４０ｎｍＣｕＯ颗粒体积比为２０∶８０～８０∶２０的导热系数和粘度值．结果表明，导热系数和粘度均随着小粒径氧化铝颗粒含量的增大而增大，但在粒子比为５０∶５０时导热系数出现最低值．从纳米层结构和颗粒聚集形态分析可知，小粒径颗粒能很好地填充于大粒径颗粒形成的缝隙中，形成“２０ｎｍＡｌ２Ｏ３粒子－基液分子－４０ｎｍＣｕＯ粒子”界面纳米层，界面热阻降低，导热系数增大．但是，通过透射电镜图可知在粒子比为５０∶５０时，各颗粒结合不好，形成的团聚体尺寸大，造成局部粒子空白区，导致导热系数下降．最后，分析纳米流体的综合传热性能，Ａｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／乙二醇－水混合纳米流体在研究工况内均适合应用于层流流动与传热过程；在紊流时，由于流动扰动强度大，仅当粒子比小于４０∶６０时适合应用于紊流流动与传热过程．关键词：纳米流体；导热系数；粘度；粒子比；综合传热性能中图分类号：ＴＫ１２４文献标志码：Ａ文章编号：１００７－８５５Ｘ（２０２１）０２－００２９－０８收稿日期：２０２０－０６－１１基金项目：国家自然科学基金青年项目（５１８０６０９０）作者简介：马明琰（１９９６－），女，硕士研究生．主要研究方向：中低温余热回收．Ｅ－ｍａｉｌ：６１７０６９２３３＠ｑｑ．ｃｏｍ通信作者：翟玉玲（１９８６－），女，博士，副教授．主要研究方向：微纳尺度流动及传热．Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｉｙｕｌｉｎｇ００＠１２６．ｃｏｍＥｆｆｅｃｔｏｆＮａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅＭｉｘｔｕｒｅＲａｔｉｏｏｎＴｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＨｙｂｒｉｄＮａｎｏｆｌｕｉｄｓａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓＭＡＭｉｎｇｙａｎ，ＺＨＡＩＹｕｌｉｎｇ，ＬＩＦａｓｈｅ，ＹＡＯＰｅｉｔａｏ，ＬＩＹａｎｈｕａ（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏｍｐｌｅｘＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓＣｌｅａｎＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５００９３，Ｃｈｉｎａ；２．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＥｎｅｒｇｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５００９３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙａｉｍｓｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｍｉｘｔｕｒｅｒａｔｉｏｏｎｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｆｏｘｉｄｅｈｙｂｒｉｄｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ．Ｔｈｅｔｗｏ－ｓｔｅｐｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｐｒｅｐａｒｅＡｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／ｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ－ｗａｔｅｒｈｙｂｒｉｄｎａｎｏｆｌｕｉｄｓｗｉｔｈ２０ｎｍＡｌ２Ｏ３ａｎｄ４０ｎｍＣｕＯａｎｄｔｈｅｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｖｏｌｕｍｅｒａｔｉｏｏｆ２０∶８０～８０∶２０．ＨｏｔＤｉｓｋ２５００ＳａｎｄＤＶ３Ｔｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｖｉｓｃｏｓｉｔｙｗｉｔｈｉｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｉｎｇｏｆ２０～６０℃．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｓｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｓｍａｌｌｅｒ－ｄｉａｍｅｔｅｒｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ（Ａｌ２Ｏ３）ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｖｉｓｃｏｓｉｔｙｂｏｔｈｉｎｃｒｅａｓｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｔｉｓｗｏｒｔｈｎｏｔｉｎｇｔｈａｔｉｔｅｘｉｓｔｓｔｈｅｌｏｗｅｓｔｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｉｅｓａｔ５０∶５０．Ｆｒｏｍｔｈｅｐｏｉｎｔｏｆｖｉｅｗｏｆｎａｎｏ－ｌａｙｅｒｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｓｍａｌｌｅｒｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｃａｎｂｅｔｉｇｈｔｌｙｆｉｌｌｅｄｉｎｔｈｅｇａｐｓｂｅｔｗｅｅｎｌａｒｇｅ－ｓｉｚｅｄｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｓｏｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｎａｎｏ－ｌａｙｅｒ“２０ｎｍＡｌ２Ｏ３ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ－ｂａｓｅｆｌｕｉｄｍｏｌｅｃｕｌａｒ－４０ｎｍＣｕＯｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ”ｉｓｆｏｒｍｅｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｓｕｃｈｌａｙｅｒｓｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｗｈｅｎｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｒａ昆明理工大学学报（自然科学版）第４６卷ｔｉｏｉｓ５０∶５０，ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓａｒｅｎｏｔｗｅｌｌｃｏｍｂｉｎｅｄａｎｄｆｏｒｍｅｄｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｃｌｕｓｔｅｒｓｂｙｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｉｍａｇｅ，ｗｈｉｃｈｃａｕｓｅａｂｌａｎｋａｒｅａｏｆｌｏｃａｌｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎａｄｅｃｒｅａｓｅｉｎｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｂｙｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ，ａｌｌｎａｎｏｆｌｕｉｄｓｓｔｕｄｉｅｄｃａｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｒｅｐｌａｃｅｂａｓｅｆｌｕｉｄｓｉｎｆｌｏｗａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｏｆｌａｍｉｎａｒｆｌｏｗ，ｗｈｉｌｅｍｉｘｔｕｒｅｒａｔｉｏｓｓｍａｌｌｅｒｔｈａｎ４０∶６０ａｒｅｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｉｎｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗｄｕｅｔｏｉｔｓｓｔｒｏｎｇｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ；ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ；ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｒａｔｉｏ；ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ０引言随着能源成本的快速上涨，热力系统优化在减少能耗中起重要作用，其中换热工质的性能优化是重要研究内容之一．针对传统热流体导热系数低的问题，１９９３年Ｃｈｏｉ［１］提出可通过物理或化学的手段在基液中添加导热系数较高的纳米颗粒制备稳定的悬浮纳米流体，以提高换热工质的传热性能．为了进一步提高工质的传热效率，不同种类颗粒混合能弥补单一颗粒所不具有的性质［２］．与单一纳米流体而言，由于固体颗粒与液体分子间的协同作用使得混合纳米流体能提高工质的传热及流动参数［３－５］．作为新一代的传热工质，混合纳米流体受到越来越多学者青睐．目前，对于混合纳米流体的研究主要集中于浓度、温度及基液种类等对热物性参数的影响．Ｓｕｎｄａｒ等［６］研究体积浓度为０．３％的ＭＷＣＮＴ－Ｆｅ３Ｏ４／水混合纳米流体的导热系数和粘度变化情况，由于基液分子的微对流和颗粒间布朗运动的影响，当温度分别为２０℃和６０℃时导热系数和粘度提高了１３．８８％和２８．４６％、１．２７和１．５倍．Ｅｓｆａｈａｎｉ等［７］研究ＺｎＯ－Ａｇ／水混合纳米流体导热系数，发现在最高体积分数（２％）与最高温度（５０℃）下，相对导热系数也最高，这主要是因为随着颗粒含量的增加，高温下温度对布朗运动有模型加速的效应．Ｂａｂｙ等［８］分别制备了体积分数为０．０５％的Ａｇ－ＨＥＧ／水和Ａｇ－ＨＥＧ／乙二醇混合纳米流体，在２５℃下观察到导热系数最高增强２５％．混合纳米流体粒子比也会对热物性参数产生明显影响．但是，目前关于粒子比的研究相对较少，由于颗粒间的协同作用使其对热物性参数的影响更复杂．Ｓｈａｈｓａｖａｒ等［９］研究在不同粒子混合比下，浓度和温度对ＣＮＴｓ－Ｆｅ３Ｏ４／水混合纳米流体导热系数的影响．ＣＮＴｓ∶Ｆｅ３Ｏ４在１．３５％∶０．９％混合比下，２５～５５℃温度范围内导热系数提升３４．４３％～４４．６％．在文献［１０］中，ＣＮＴｓ∶Ｆｅ３Ｏ４在混合比１．５３５％∶２．４２８％下，相同温度范围内导热系数提高２６．０７％～３４．２６％．Ｈａｍｉｄ等［１１］研究体积浓度１．０％，ＴｉＯ２∶ＳｉＯ２粒子比为２０∶８０、４０∶６０、５０∶５０、６０∶４０和８０∶２０的热物性变化情况．导热系数随着小粒径的ＳｉＯ２颗粒含量的增大而增大，但是在粒子比为５０∶５０时导热系数值反而最低，文中并没有解释其产生的原因，该现象是否只是特例或者对于其它种类的氧化物纳米颗粒混合物都存在还尚不明确．因此，需要更多的实验来验证及解释其产生的原因．综上所述，为了验证氧化物混合纳米流体在粒径比为５０∶５０是否存在导热系数最小值及解释其产生的原因，在Ｈａｍｉｄ等［１１］的研究基础上，本文拓宽氧化物混合纳米流体的研究范围．因此，本文的研究重点为首先采用两步法制备氧化物混合纳米流体———Ａｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／乙二醇－水，研究导热系数及粘度随粒子比的变化规律；然后，根据纳米层结构及颗粒聚集形态分析影响纳米流体的传热机制；最后，提出综合传热性能参数定性判断纳米流体是否适合层流与紊流工况，为工程应用提供依据．１实验过程１．１纳米流体制备及参数测量采用两步法制备体积分数为１．０％的Ａｌ２Ｏ３／ＣｕＯ－乙二醇／水混合纳米流体，选用２０ｎｍＡｌ２Ｏ３和４０ｎｍＣｕＯ纳米颗粒，纯度均为９９．９％．这是因为氧化物纳米颗粒化学性质比较稳定、导热系数相对较高（λＡｌ２Ｏ３＝４０Ｗ／（ｍ·Ｋ）和λＣｕＯ＝７７Ｗ／（ｍ·Ｋ）且价格低廉，适合大规模应用［１２］．乙二醇纯度为９９％，去离子水为实验室自制，制备过程中不使用分散剂．实验仪器采用精度为０．０００１ｇ的ＸＳ４０３专业型精密天平，ＪＫ－ＭＳＨ－ＳＨ型磁力搅拌器，ＣＰ－３０１０ＧＴＳ型超声波振荡仪．０３第２期马明琰，翟玉玲，李法社，等：混合纳米流体粒子比对热物性参数的影响及性能分析图１为Ａｌ２Ｏ３／ＣｕＯ－乙二醇／水混合纳米流体的制备及热物性参数测量流程图．如图１所示，两步法制备纳米流体时需要先将纳米颗粒以不同比例混合，然后使用超声震荡和磁力搅拌的物理分散方法使其充分分散在基液（乙二醇∶水＝５０∶５０）中．制备过程中，首先使用天平分别称量出Ａｌ２Ｏ３、ＣｕＯ颗粒和乙二醇、水的质量，再将颗粒按体积比（２０∶８０、４０∶６０、５０∶５０、６０∶４０、８０∶２０）与基液混合，然后使用磁力搅拌１５ｍｉｎ和超声波振荡１ｈ的方法提高稳定性，最终得到均匀稳定的Ａｌ２Ｏ３／ＣｕＯ－乙二醇／水混合纳米流体．最后，用ＨｏｔＤｉｓｋ２５００Ｓ热常数分析仪和ＤＶ３Ｔ流变仪分别测量其导热系数和粘度．图１　混合纳米流体制备及测量流程图Ｆｉｇ．１　Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｈｙｂｒｉｄｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ１．２粒径分布及测量纳米流体的传热机制可从纳米层结构及颗粒聚集形态两方面分析，通过透射电镜图（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＴＥＭ）来分析纳米流体在某时刻内部颗粒的分布情况．纳米颗粒分散于流体中，由于微尺寸效应（引力）及高表面能，会有团聚的趋势．纳米流体稳定时团聚体的尺寸能较真实地反应纳米颗粒在流体中的存在情况，而团聚体的尺寸大小也会影响热物性参数．根据ＴＥＭ图由ＩｍａｇｅｓＪ软件统计得到某工况下纳米流体粒径百分比分布，然后根据式（１）可计算出该工况下的平均粒径值：ｄａｖｅ＝∑ｉＮＮｉｄｉ∑ｉＮｉ（１）式中：∑Ｎｉ和ｄｉ分别表示某一粒径下的颗粒总数和单个团聚体的直径．１．３综合传热性能评价一般地，纳米流体在增大导热系数的同时，粘度也会相应地增大．在实际工程应用中，特别是对流传热过程，纳米流体在增强传热的同时也会使泵功相应地增大．因此，有必要先定性评价该种纳米流体是否适合于实际应用．在层流流动与传热过程中，可用公式（２）［１３］计算ｃμ／ｃｋ：ｃμｃｋ＝（μｎｆ－μｂｆ）／μｂｆ（ｋｎｆ－ｋｂｆ）／ｋｂｆ（２）１３昆明理工大学学报（自然科学版）第４６卷其中：ｋ和μ分别为导热系数和粘度，Ｗ／（ｍ·Ｋ）、Ｐａ．ｓ；下标ｎｆ和ｂｆ分别表示纳米流体和基液．若ｃμ／ｃｋ＜４，说明该纳米流体适合应用于层流，传热增强效果远大于泵功增强效果，其值越小说明综合传热性能越强，反之亦然．在紊流流动与传热过程中，可用公式（３）计算Ｍｏ数［１４］：Ｍｏ＝ｋｎｆｋ()ｂｆ０．６７×ρｎｆρ()ｂｆ０．８×Ｃｐ，ｎｆＣｐ，()ｂｆ０．３３×μｎｆμ()ｂｆ－０．４７（３）式中：ρ和ｃｐ分别为密度和比热容，ｋｇ／ｍ３、ｋＪ／（ｋｇ·Ｋ）．若Ｍｏ＞１，说明该纳米流体适合于应用于紊流，且Ｍｏ越大说明综合传热效果越好，反之亦然．２结果分析及讨论２．１粒子比对导热系数及粘度的影响图２为混合纳米流体的有效导热系数和相对粘度随粒子比及温度的变化，并与Ｈａｍｉｄ文献［１１］作对比．从图２中可以看出，当温度从２０℃升高至６０℃，ＴｉＯ２－ＳｉＯ２／乙二醇－水和Ａｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／乙二醇－水纳米流体的导热系数均随小粒径纳米颗粒含量（５０ｎｍＴｉＯ２和２２ｎｍＳｉＯ２）的增大而增大，而且温度越高，导热系数增幅越明显．这是因为在单位体积内Ａｌ２Ｏ３纳米颗粒含量增大，大粒径ＣｕＯ颗粒之间包裹小粒径Ａｌ２Ｏ３颗粒，形成紧密的“２０ｎｍＡｌ２Ｏ３粒子－基液分子－４０ｎｍＣｕＯ粒子”纳米界面层，即在液体分子非常靠近固体颗粒而形成的液层结构，这些结构相当于在颗粒和液体间搭建“热桥”．温度升高时，颗粒布朗运动越明显，增强了颗粒与流体之间的微对流换热．但是，在混合比为５０∶５０时出现了导热系数最低值．对于粘度而言，ＴｉＯ２－ＳｉＯ２／乙二醇－水随ＴｉＯ２颗粒含量呈不规则变化，而Ａｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／乙二醇－水纳米流体随Ａｌ２Ｏ３颗粒含量的增大而增大．图２　有效导热系数和相对粘度随粒子比的变化（与Ｈａｍｉｄ［１１］对比）Ｆｉｇ．２　Ｅｆｆｅｃｔｏｆｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｍｉｘｔｕｒｅｒａｔｉｏｏｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙ２３第２期马明琰，翟玉玲，李法社，等：混合纳米流体粒子比对热物性参数的影响及性能分析图３为由各种纳米颗粒和流体组成的纳米层的示意图．纳米层是在液体分子表面和固体颗粒之间形成的类似于固体的结构．Ｋｅｂｌｉｎｓｋ等［１５］认为固状界面纳米层内的液体分子较纯流体有序，界面处固体颗粒间接触充分，因此纳米层可作为固体颗粒与液体分子的热量交换桥梁，使导热系数增大．而且，纳米颗粒的比表面积很大（即相同体积浓度下，小粒径颗粒含量最多，比表面积越大），因此纳米层在界面传递中起主要作用［１６］．如图３所示，液体分子紧紧包裹着纳米颗粒形成了纳米层结构，相当于在液体和固体颗粒间直接搭建“热桥”，可以提高导热系数．Ｇｕｐｔａ等［１７］指出这些纳米层间分子表现为液体与颗粒的中间物理状态，能极大地提高流体的导热系数．因此，在相同的体积浓度时，随着粒子比的增大，２０ｎｍＡｌ２Ｏ３颗粒的含量越多，形成的纳米层结构越紧密，导致纳米流体的导热系数越高．但是，在粒子比为５０∶５０时出现了导热系数最低值，因为纳米流体的导热系数不仅受纳米层结构影响，还与颗粒在流体中的分布情况有关．因此，需要结合ＴＥＭ图观察其内部颗粒分布情况．图３　纳米流体界面层示意图Ｆｉｇ．３　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｎａｎｏ－ｉｎｔｅｒｆａｃｅｌａｙｅｒｉｎｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ２．２纳米流体中粒子聚集形态分析图４为各粒子混合比下Ａｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／乙二醇－水纳米流体ＴＥＭ图．从图中可以看到，ＣｕＯ和Ａｌ２Ｏ３颗粒形状近似于棒状和圆形．图３（ａ）由于ＣｕＯ颗粒含量最多，在范德瓦尔引力作用下形成的较大尺寸的团聚体．随着粒子比的增大，相同体积浓度下２０ｎｍ的Ａｌ２Ｏ３颗粒含量增大，由于ＣｕＯ颗粒的粒径大于Ａｌ２Ｏ３颗粒的，因此Ａｌ２Ｏ３颗粒能填充于ＣｕＯ颗粒形成的通道内，形成更紧密的纳米层结构．布朗运动引起的颗粒随机运动与液体分子的热运动形成了更低热阻的固液界面纳米层，使得传热增强．但是，团簇体的大小也会影响布朗运动的速率．随着团簇体直径的增加，特别是混合纳米流体中的团簇直径的增加，随机运动速率降低，纳米颗粒易形成体积较大的团聚体，此时纳米流体中布朗运动引起的传热会减少，因此研究混合比变化对颗粒聚集形态的影响尤为重要．混合比在５０∶５０时，如图３（ｃ）所示，混合比５０∶５０的颗粒间表面结合不好，形成的团聚体尺寸大，形成粒子空白区，颗粒间缝隙大并填充液体，导致界面热阻加大．而且团聚体由于质量大，容易沉淀，粒子空白区的热阻远大于粒子富集区，导致导热系数下降．由此可见，混合纳米流体中粒子比所影响的团簇体大小直接影响到了混合纳米流体的传热增强．３３昆明理工大学学报（自然科学版）第４６卷（ａ）２０∶８０（ｂ）４０∶６０（ｃ）５０∶５０（ｄ）８０∶２０图４　Ａｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／乙二醇－水纳米流体ＴＥＭ图（×１００，０００）Ｆｉｇ．４　ＴＥＭｉｍａｇｅｓｏｆＡｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／ｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ－ｗａｔｅｒｈｙｂｒｉｄｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ（×１００，０００）图５为各粒子比下Ａｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／乙二醇－水纳米流体的粒径分布．从图中可以看到，粒径分布范围分布在２０～８０ｎｍ，集中在４０～５０ｎｍ间，说明颗粒分散于流体中会形成团聚体．由公式（１）计算出粒子比为２０∶８０、４０∶６０、５０∶５０、６０∶４０、８０∶２０的平均粒径分别为４９．３ｎｍ、４６．７ｎｍ、５４ｎｍ、４２．１ｎｍ和３９．４ｎｍ．由此也可验证５０∶５０混合比的团聚体尺寸较大，而８０∶２０的团聚体尺寸较小．Ｒａｊａ等［１８］指出在纳米流体中，团聚体尺寸对导热系数的影响作用大于颗粒的真实直径．团聚体尺寸越小，其移动速率及碰撞加快，能提高能量传输能力，表现为导热系数越大［１９］．２．３综合传热性能结果分析图６为对流传热过程Ａｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／乙二醇－水纳米流体ｃμ／ｃｋ及Ｍｏ数随温度和粒子比的变化．从图６中可以看到，对于层流而言，全部混合比在温度２０～６０℃内ｃμ／ｃｋ均小于４，说明它们均可用于层流对流传热过程中，且混合比为８０∶２０时综合传热效果最优．对于紊流而言，由于流体扰动强度剧烈，流体产生的压降损失远大于传热增强的补充效果，而Ａｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／乙二醇－水纳米流体的粘度随粒子比的增大而增大，因此当粒子比小于４０∶６０时Ｍｏ＞１，说明适合紊流对流传热过程．４３第２期马明琰，翟玉玲，李法社，等：混合纳米流体粒子比对热物性参数的影响及性能分析图５　各混合比下Ａｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／乙二醇－水纳米流体的粒径分布Ｆｉｇ．５　ＮａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｄｉａｍｅｔｅｒｏｆＡｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／ｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ－ｗａｔｅｒｈｙｂｒｉｄｎａｎｏｆｌｕｉｄｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｉｘｔｕｒｅｒａｔｉｏｓ图６　Ａｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／乙二醇－水纳米流体ｃμ／ｃｋ及Ｍｏ数随温度和混合比的变化Ｆｉｇ．６　Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｃμ／ｃｋ及ＭｏｎｕｍｂｅｒａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＡｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／ｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ－ｗａｔｅｒｈｙｂｒｉｄｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ３结论采用两步法制备Ａｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／乙二醇－水纳米流体，并结合Ｈａｍｉｄ等［１１］文献研究的ＴｉＯ２－ＳｉＯ２／乙二醇－水混合纳米流体，探讨氧化物混合纳米流体的粒子比对导热系数及粘度的影响规律．对于氧化物混合纳米流体而言，Ａｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／乙二醇－水和ＴｉＯ２－ＳｉＯ２／乙二醇－水纳米流体的导热系数均随小粒径纳米颗粒含量的增大而增大，而且温度越高，导热系数增幅越明显．但是，在混合比为５０∶５０时出现了导热系数最低值．这是因为纳米流体的传热机制受纳米层结构及颗粒聚集形态的共同影响．一方面，随着粒子比增大，小粒径纳米颗粒含量增多，形成了越紧密的固液纳米层，界面热阻越低，因此导热系数越大．另一方面，混合比为５０∶５０时各颗粒间结合不好，团聚体尺寸大，颗粒间缝隙填充液体，导致界面热阻加大．而且团聚５３昆明理工大学学报（自然科学版）第４６卷体由于质量大，容易沉淀，形成粒子空白区，其热阻远大于粒子富集区，导致导热系数下降．总之，由于小粒径纳米颗粒的加入形成了更紧密的纳米层结构，降低界面热阻；但在混合比为５０∶５０时，由于颗粒聚集形态差异引起的粒子空白区又阻碍了传热的传递．因此，对于氧化物混合纳米流体而言，不建议使用混合比５０∶５０，容易沉淀，实际应用中容易堵塞管道．对比综合性能传热参数可知，对于层流而言，Ａｌ２Ｏ３－ＣｕＯ／乙二醇－水纳米流体在研究工况内均适合应用于层流流动与传热过程；而对于紊流而言，由于流动扰动强度大，仅当粒子比小于４０∶６０时适合应用于紊流流动与传热过程．参考文献：［１］ＣＨＩＡＭＨＷ，ＡＺＭＩＷＨ，ＵＳＲＩＮＡ，ｅｔａｌ．ＴｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｆＡｌ２Ｏ３ｎａｎｏｆｌｕｉｄｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂａｓｅｄｒａｔｉｏｏｆｗａｔｅｒａｎｄｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌｍｉｘｔｕｒｅ［Ｊ］．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＴｈｅｒｍａｌａｎｄＦｌｕｉｄＳｃｉｅｎｃｅ，２０１７，８１：４２０－４２９．［２］ＳＡＲＫＡＲＪ，ＧＨＯＳＨＰ，ＡＡＩＬＡ．Ａｒｅｖｉｅｗｏｎｈｙｂｒｉｄｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ：ｒｅｃｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＲｅｎｅｗａｂｌｅａｎｄＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｖｉｅｗｓ，２０１５，４３：１６４－１７７．［３］ＭＯＬＤＯＶＥＡＮＵＧＭ，ＨＵＭＩＮＩＣＧ，ＭＩＮＥＡＡＡ，ｅｔａｌ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｓｔａｂｉｌｉｚｅｄＡｌ２Ｏ３ａｎｄＳｉＯ２ｎａｎｏｆｌｕｉｄｓａｎｄｔｈｅｉｒｈｙｂｒｉｄ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅａｔａｎｄＭａｓｓＴｒａｎｓｆｅｒ，２０１８，１２７：４５０－４５７．［４］ＡＨＭＡＤＩＭＨ，ＭＩＲＬＯＨＩＡ，ＡＬＨＵＹＩＮＡＺＡＲＩＭ，ｅｔａｌ．Ａｒｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｖａｒｉｏｕｓｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｏｌｅｃｕｌａｒＬｉｑｕｉｄｓ，２０１８，２６５：１８１－１８８．［５］ＤＡＬＫＩＬＩＣＡＳ，ＹＡＬＣＩＮＧ，ＫＣＫＹＩＬＤＩＲＩＭＢＯ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｗａｔｅｒ－ｂａｓｅｄＣＮＴ－ＳｉＯ２ｈｙｂｒｉｄｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｉｎＨｅａｔａｎｄＭａｓｓＴｒａｎｓｆｅｒ，２０１８，９９：１８－２５．［６］ＳＵＮＤＡＲＬＳ，ＳＩＮＧＨＭＫ，ＳＯＵＳＡＡＣＭ．ＥｎｈａｎｃｅｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｆｒｉｃｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｏｆＭＷＣＮＴ－Ｆｅ３Ｏ４／ｗａｔｅｒｈｙｂｒｉｄｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｉｎＨｅａｔａｎｄＭａｓｓＴｒａｎｓｆｅｒ，２０１４，５２：７３－８３．［７］ＥＳＦＡＨＡＮＩＮＮ，ＴＯＧＨＲＡＩＥＤ，ＡＦＲＡＮＤＭ．ＡｎｅｗｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｆｏｒｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆＺｎＯ－Ａｇ（５０％－５０％）／ｗａｔｅｒｈｙｂｒｉｄｎａｎｏｆｌｕｉｄ：ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙ［Ｊ］．ＰｏｗｄｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１８，３２３：３６７－３７３．［８］ＢＡＢＹＴＴ，ＲＡＭＡＰＲＡＢＨＵＳ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｎａｎｏｆｌｕｉｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｉｌｖｅｒｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｄｅｃｏｒａｔｅｄｇｒａｐｈｅｎｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１１，２１（２６）：９７０２．［９］ＳＨＡＨＳＡＶＡＲＡ，ＳＡＧＨＡＦＩＡＮＭ，ＳＡＬＩＭＰＯＵＲＭＲ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｆｆｅｒｒｏｆｌｕｉｄｌｏａｄｅｄｗｉｔｈｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．ＨｅａｔａｎｄＭａｓｓＴｒａｎｓｆｅｒ，２０１６，５２（１０）：２２９３－２３０１．［１０］ＳＨＡＨＳＡＶＡＲＡ，ＳＡＬＩＭＰＯＵＲＭＲ，ＳＡＧＨＡＦＩＡＮＭ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｆｅｒｒｏｆｌｕｉｄｌｏａｄｅｄｗｉｔｈｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．ＴｈｅｒｍｏｃｈｉｍｉｃａＡｃｔａ，２０１５，６１７：１０２－１１０．［１１］ＨＡＭＩＤＫＡ，ＡＺＭＩＷＨ，ＮＡＢＩＬＭＦ，ｅｔａｌ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｄｙｎａｍｉｃｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｎｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｍｉｘｔｕｒｅｒａｔｉｏｓｏｆＴｉＯ２－ＳｉＯ２ｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅａｔａｎｄＭａｓｓＴｒａｎｓｆｅｒ，２０１８，１１６：１１４３－１１５２．［１２］ＢＥＬＬＯＳＥ，ＴＺＩＶＡＮＩＤＩＳＣ．Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆａｎｏｒｇａｎｉｃｒａｎｋｉｎｅｃｙｃｌｅｗｉｔｈｎａｎｏｆｌｕｉｄｂａｓｅｄｓｏｌａｒｐａｒａｂｏｌｉｃｔｒｏｕｇｈｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ［Ｊ］．ＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙ，２０１７，１１４：１３７６－１３９３．［１３］ＰＲＡＳＨＥＲＲ，ＳＯＮＧＤ，ＷＡＮＧＪＬ，ｅｔａｌ．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｏｆｎａｎｏｆｌｕｉｄｖｉｓｃｏｓｉｔｙａｎｄｉｔｓｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｒｍａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２００６，８９（１３）：１３３１０８．［１４］ＴＩＭＯＦＥＥＶＡＥＶ，ＲＯＵＴＢＯＲＴＪＬ，ＳＩＮＧＨＤ．Ｐａｒｔｉｃｌｅｓｈａｐｅｅｆｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｌｕｍｉｎａｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，２００９，１０６（１）：０１４３０４．［１５］ＫＥＢＬＩＮＳＫＩＰ，ＥＡＳＴＭＡＮＪＡ，ＣＡＨＩＬＬＤＧ．Ｎａｎｏｆｌｕｉｄｓｆｏｒｔｈｅｒｍａｌｔｒａｎｓｐｏｒｔ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＴｏｄａｙ，２００５，８（６）：３６－４４．［１６］ＤＡＳＰＫ．Ａｒｅｖｉｅｗｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｎｏｒｍａｌｎａｎｏｆｌｕｉｄｓａｎｄｈｙｂｒｉｄｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｏｌｅｃｕｌａｒＬｉｑｕｉｄｓ，２０１７，２４０：４２０－４４６．［１７］ＧＵＰＴＡＭ，ＳＩＮＧＨＶ，ＫＵＭＡＲＲ，ｅｔａｌ．Ａｒｅｖｉｅｗｏｎｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｎａｎｏｆｌｕｉｄｓａｎｄｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＲｅｎｅｗａｂｌｅａｎｄＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｖｉｅｗｓ，２０１７，７４：６３８－６７０．［１８］ＲＡＪＡＭ，ＶＩＪＡＹＡＮＲ，ＤＩＮＥＳＨＫＵＭＡＲＰ，ｅｔａｌ．Ｒｅｖｉｅｗｏｎｎａｎｏｆｌｕｉｄｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＲｅｎｅｗａｂｌｅａｎｄＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｖｉｅｗｓ，２０１６，６４：１６３－１７３．［１９］ＦＥＮＧＹＪ，ＹＵＢＭ，ＸＵＰ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｎａｎｏｆｌｕｉｄｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｎａｎｏｌａｙｅｒａｎｄｔｈｅａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓＤ：ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，２００７，４０（１０）：３１６４－３１７１．６３。

用于发动机高温冷却技术的氧化铝有机纳米流体[发明专利]

专利名称：用于发动机高温冷却技术的氧化铝有机纳米流体专利类型：发明专利
发明人：钟勋,俞小莉,彭小飞,夏立锋
申请号：CN200810120194.3
申请日：20080725
公开号：CN101323777A
公开日：
20081217
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种用于发动机高温冷却技术的氧化铝有机纳米流体。

它是由体积百分比为1－5％的10nmγ－氧化铝纳米粒子、体积百分比为94－98％的基础液体和体积百分比为1％的聚乙二醇分散剂经超声振动均匀混合而成。

其中基础液体是由体积百分比为90％的丙二醇和体积百分比为10％的蒸馏水充分混合而成。

分散剂为聚乙二醇400。

此氧化铝有机纳米流体的沸点高达120－123.5℃，导热系数比基础液体提高7.7－18.7％，换热系数比基础液体提高10.1－76.3％，并且流动阻力增幅较小，能够满足发动机高温冷却技术的要求，有利于新一代车辆热管理系统(VTMS)的微通道和紧凑轻型热交换器的开发。

申请人：浙江大学,浙江银轮机械股份有限公司
地址：310027 浙江省杭州市浙大路38号
国籍：CN
代理机构：杭州求是专利事务所有限公司
代理人：张法高
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基于水基SiO2纳米流体PV∕T系统辐射性能研究

基于水基SiO2纳米流体PV∕T系统辐射性能研究一、引言随着能源危机愈发严重，无污染、清洁的新能源日益受到重视。

太阳能是目前较为可行的新能源之一。

但由于太阳能在某些地区和季节内的不稳定性，使得太阳能的应用受到限制。

因此，有必要在太阳能板外接太阳能集热器的基础上，发展太阳能光伏/热（PV/T）系统，以提高太阳能的利用效率。

目前，PV/T系统已成为太阳能集热器和光伏电池的有机组合。

在PV/T系统中，太阳能被吸收并转化为电能和热能两种形式。

然而，集热器的温度会随着热量的吸收而上升，进而会降低光伏电池的效率，并且光伏电池的发电效率会随着温度的升高而下降。

因此，如何控制集热器表面的温度是提高PV/T系统效率的关键点，同时也是研究热性能的重要研究方向。

近年来，水基SiO2纳米流体因其良好的导热性、稳定性、相容性等特点获得广泛关注，成为研究PV/T系统热性能的一种重要研究材料。

因此，本文将针对水基SiO2纳米流体在PV/T 系统中的辐射性能进行探讨。

二、水基SiO2纳米流体的制备方法水基SiO2纳米流体制备方法多种多样，常用的制备方法包括溶胶-凝胶法、乳化法、热法、微乳化法、共沉淀法等。

其中，较为常见的是溶胶-凝胶法和乳化法。

溶胶-凝胶法是将SiO2前驱体加入氢氧化钠溶液中，调整pH 值，促使SiO2前驱体自组装成胶体，再通过自燃法或烘干法制备得到SiO2纳米粉体。

最后通过高压均质等方法将SiO2纳米粉体分散在水中，得到水基SiO2纳米流体。

乳化法则是在水相中加入表面活性剂等辅助剂，将SiO2前驱体分散在含有表面活性剂等辅助剂的油相中，通过搅拌、破乳等方法制备得到SiO2纳米粉体。

再通过高压均质等方法将SiO2纳米粉体分散在水中，得到水基SiO2纳米流体。

三、PV/T系统的热性能研究1. 辐射传热辐射传热是PV/T系统中的一种重要的传热方式。

在PV/T系统的运行过程中，光可以被吸收并转化为热能，然后通过辐射传递到集热器的表面。

211262220_混合纳米流体余热回收装置强化换热机理综述研究

第52卷第5期辽宁化工 Vol.52，No. 5 2023年5月 Liaoning Chemical Industry May，2023收稿日期： 2022-07-09 作者简介：杨勇（1973-），男，辽宁省抚顺市人，工程师，2008年毕业于辽宁工程技术大学机械工程及自动化专业，研究方向：油页岩干馏混合纳米流体余热回收装置强化换热机理综述研究杨勇1，闫玉麟1，刘文盛2，陈俊丞2，赵磊2（1. 抚顺矿业集团有限责任公司页岩炼油厂，辽宁抚顺 113115；2. 辽宁石油化工大学，辽宁抚顺 113001）摘要：随着科学技术的进步，能源短缺问题日益严峻，传统的换热工质已经不能满足工业的需要，纳米流体作为一种新兴的换热工质受到越来越多的关注。

而混合纳米流体作为单纳米流体的延伸，具有更全面更优越的性能。

但是各颗粒之间的相互作用导致混合纳米流体的传热机制更加复杂，为了在实际中更好地应用混合纳米流体，所以研究影响混合纳米流体热导率的因素是必要的。

介绍了混合纳米流体的制备方法以及影响混合纳米流体热导率的相关因素。

关键词：混合纳米流体；纳米流体；复合纳米材料；热导率中图分类号：TK124 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）05-0756-05随着工业的发展，能源成本也在逐渐上升。

而传统的换热工质水、乙二醇等由于热导率低、换热能力差，导致设备的换热性能下降。

1995年研究CHOI 等提出了纳米流体这一概念。

纳米流体是在传统换热工质中添加导热系数高的纳米颗粒（纳米尺度通常在1~100 nm），制成稳定的悬浮液体增强其换热性能[1]。

单一纳米流体由于只添加一种纳米颗粒，仅突出某方面特性。

而在很多工业换热设备中，常需要换热工质同时具有多种优异的性能。

所以为了进一步提升换热能力，科研人员将两种及两种以上粒子混合在基液中，制成混合纳米流体。

混合纳米流体包含多种类型的纳米颗粒[1]，由于各颗粒的协同作用，会呈现出多种优异性能。

氧化铝乙二醇和水混合基纳米流体对氢内燃机散热的影响规律研究

氧化铝乙二醇和水混合基纳米流体对氢内燃机散热的影响规律研究李丹丹;杨振中;张威;张孚;孙永生【摘要】针对氢内燃机机体热负荷高的问题,通过AVLFIRE数值模拟研究了不同氧化铝粒子体积浓度下,氧化铝乙二醇和水混合基纳米流体对氢内燃机散热的影响规律.结果表明:在进口质流量、进口温度、出口静压一定的情况下,随着氧化铝体积分数的增大,纳米流体的整体冷却性能减弱;加入氧化铝纳米粒子后高温区的热流率都比基液的热流率大,在氧化铝纳米粒子体积分数为1％时,对氢内燃机的高温区的冷却效果最好.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】3页(P50-52)【关键词】氧化铝;纳米流体;氢内燃机;数值模拟;散热性能【作者】李丹丹;杨振中;张威;张孚;孙永生【作者单位】华北水利水电大学,河南郑州450045;华北水利水电大学,河南郑州450045;华北水利水电大学,河南郑州450045;华北水利水电大学,河南郑州450045;华北水利水电大学,河南郑州450045【正文语种】中文【中图分类】U464CLC NO.: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)01-50-03虽然氢内燃机的优势已非常明显，但氢内燃机目前也面临一些技术性的挑战：早燃、回火、采用外部混合方式功率低、NOx 排量高等。

高效稳定的冷却液对进一步提高氢内燃机的工作性能，响应全球节能、减排的迫切需求，具有不可忽视的意义。

氧化铝具有较高的热导率并且与基液有良好的相容性，同时成本较低，是较为为理想的纳米添加颗粒[1]。

Pak和Cho[2]率先于1998年进行了氧化铝和二氧化钛水基纳米流体在不锈钢细圆管内的对流换热实验。

Lai等人[3]选用了直径仅为1mm 的不锈钢圆管进行了氧化铝水纳米流体对流换热实验。

Jung等人[4]指出在所研究的正方形微通道中氧化铝水纳米流体的对流换热系数提高了32%。

纳米流体在小通道板式换热器中的性能实验和数值研究

纳米流体在小通道板式换热器中的性能实验和数值研究Dustin R. Ray 1, Debendra K. Das ⇑, Ravikanth S. Vajjha2摘要：在乙二醇和水的混合物中做氧化铝、氧化铜和二氧化硅这三种纳米流体的理论研究来比较他们在一个紧凑的小通道换热器中的性能。

稀释的研究表明,当粒子体积浓度为1%时,所有的纳米流体相对于他们的基本流体都得到了改善。

在三个重要参数都相同的基础上做出比较，分别是在板式换热器中用相同的质量流率、相同的传热速率和相同的泵功率。

每种情况下，在板式换热器所需的传热系数相同的情况下三种纳米流体都提高了对热传热系数、减少体积流率和降低泵功率。

冷却剂,hfe - 7000在热交换器冷流体端被研究,具有在极低的温度应用的潜能,但并没有在文献中被广泛研究。

确认了测试中使用水作为基本循环液的小通道板式换热器中测得的实验数值与预测的传热系数和总传热系数惊人的一致。

从含有0.5%氧化铝纳米流体的实验中，初步导出了在PHE中努塞尔特数和摩擦系数的相关性。

这个装置将用来测试不同种类的纳米流体，以最终确定参数对紧凑换热器的影响如：体积浓度、粒度和基础热流体性质和流体动力学性能文章信息文章历史收到的日期2013年8月2日收到修订后的版本的日期²2013年12月25日通过日期2013年12月28日网上时间2014年1月25日关键字：紧凑换热器、板式换热器、对流传热、摩擦系数、纳米流体、努赛尔数、普朗特数、雷诺数、热物理性质1.介绍纳米流体是稳定的纳米级颗粒的悬浮液,不到100纳米,常见的基础液体有水,乙二醇、丙二醇、石油和其它液体。

添加高导热金属纳米粒子如铜或铝来增加胶体导热率的解决方案,提高他们的整体传热能力。

从1995年Choi和Eastman的最初研究开始,过去的十五年目睹了丰富的实验以及数值研究探索纳米流体作为传热介质相对于传统的液体的优势。

Das等人汇编了一本关于各个方面研究纳米流体的科学和技术且有广泛体积量书，在他们的书中覆盖到了2006的进展。

纳米流体在水平直管内的对流换热实验

纳米流体在水平直管内的对流换热实验于广滨;毛汉成;陈巨辉;高德军【摘要】准备了4种不同浓度的CuO-乙二醇纳米流体.首先将纳米颗粒与乙二醇液体(50％乙二醇和50％水混合液)直接混合,然后在其添加分散剂,经过超声波振荡和机械搅拌制备了纳米流体.最后再将其注入到实验循环系统当中,进行换热特性的实验测量.结果表明:纳米流体与基液相比其换热效果更加明显,其换热系数伴随着纳米流体质量分数的增加而增大.而当以纳米流体为冷却介质时,纳米流体质量分数越大其泵功的损失也就越大,而且当纳米流体质量分数小于0.50％时其换热效果的提高并不明显.当CuO-乙二醇纳米流体体积分数为0.50％时,压降提高了8.23％而换热系数提高了23.18％,其综合效益最好.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2018(023)002【总页数】6页(P108-113)【关键词】纳米流体;分散剂;换热系数;水平直管【作者】于广滨;毛汉成;陈巨辉;高德军【作者单位】哈尔滨理工大学机械动力工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学机械动力工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学机械动力工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学机械动力工程学院,黑龙江哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TB3830 引言随着热力学和技术的发展，在冶金、能源、运输、微电子、车辆、航天器热控制、制造业中、对换热系统[1]的效率提出了更高的要求。

提高液体换热效率的一种有效方法[2]是在基液中添加金属、非金属或聚合物固体颗粒。

由于固体粒子的导热系数相比于液体有明显的提升，所以这种添加了固体粒子的导热系数比纯水液体大许多。

由于大量研究人员的不断探索，纳米流体的传热冷却技术在1995年由美国Argonne国家实验室的Choi和Eastman [3]首次提出。

纳米流体是指把金属或非金属纳米颗粒分散到水、醇、油等传统换热介质中，使其成为均匀稳定新型换热介质。

不同含量纳米流体改性煤粉润湿性能研究

不同含量纳米流体改性煤粉润湿性能研究
吴光先;赵管柱;任新海;杜佩剑;张龙兵;秦兴林;贾雪祺
【期刊名称】《山西煤炭》
【年(卷),期】2024(44)1
【摘要】针对煤粉的润湿性较差、水-煤结合速度慢,井下水力排渣效果不明显等问题,选择二氧化硅(SiO2)纳米流体这一具有润湿岩体、改善煤体润湿性等特殊性质的新型液体材料,探究其作为排渣介质,强化煤粉表面润湿性,提升水力排渣能力的效果。

选取去离子水和纳米流体进行煤粉润湿性实验,改变纳米流体质量分数、煤粉粒径和润湿剂-煤粉配比,采用接触角测量仪等设备量化煤粉表面润湿性,探究了SiO2纳米流体强化钻孔排渣能力的效果及影响因素。

结果表明,随着SiO2纳米流体的质量分数增加,煤粉表面接触角逐渐减小,最低可达21.64°,使煤粉从油湿性转化为水湿性;分析过程中引入强化值与强化率,发现SiO2纳米流体煤粉润湿值约为去离子水的8.5倍,强化率最高可达70.8%。

本研究为钻孔排渣介质的选择提供了方向。

【总页数】8页(P18-25)
【作者】吴光先;赵管柱;任新海;杜佩剑;张龙兵;秦兴林;贾雪祺
【作者单位】山西保利合盛煤业有限公司;中煤科工集团沈阳研究院有限公司;煤矿安全技术国家重点实验室;重庆大学资源与安全学院
【正文语种】中文
【中图分类】TD714
【相关文献】
1.不同含量改性纳米粉体对球墨铸铁拉伸性能的研究
2.不同油酸加入量的纳米磁粉对磁性流体的性能影响
3.不同磁化抑尘剂对煤粉润湿性影响规律的实验研究
4.氮化硼纳米管/氧化锌纳米复合体系改性流体树脂的制备及其性能研究
5.煤粉粒径及含量对纳米流体润湿强化效果的影响
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氧化铝纳米流体在车用热交换器中的试验研究

氧化铝纳米流体在车用热交换器中的试验研究钟勋;俞小莉;吴俊;蒋平灶【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》【年(卷),期】2010(044)004【摘要】研究纳米流体在车用热交换器中的强化传热效果,测试不同纳米粒子体积分数的氧化铝纳米流体在板翅式机油冷却器中的传热和流动特性,并与水、防冻液(乙二醇)及纳米流体基础液体进行对比.试验结果表明,在同一热交换器中.纳米流体的传热系数明显高于其他3种液体.当冷、热侧介质温度为90和120℃时,纳米粒子体积分数为5%的纳米流体的传热系数分别比水、乙二醇和基础液体提高6.52%、18.88%和24.62%;当冷、热侧介质温度为120和135℃时,体积分数为5%的纳米流体的传热系数比体积分数为1%的纳米流体提高104.72%.在试验条件下,热交换器的换热量随纳米粒子体积分数的增大而增大,但流动阻力并未明显增加,初步证明了纳米流体应用于车用热交换器的可行性.【总页数】5页(P761-764,818)【作者】钟勋;俞小莉;吴俊;蒋平灶【作者单位】浙江大学动力机械及车辆工程研究所,浙江,杭州,310027;浙江大学动力机械及车辆工程研究所,浙江,杭州,310027;浙江大学动力机械及车辆工程研究所,浙江,杭州,310027;浙江银轮机械股份有限公司,浙江天台317200【正文语种】中文【中图分类】TK124【相关文献】1.曲面响应法优化氧化铝R141b基纳米流体制备工艺研究 [J], 马林;陶冲;王昭利;卿山;刘艺琴;刘迎春;2.车用催化剂氧化铝溶胶制备的试验研究 [J], 潘陆陆;史立华;刘耀军;孔涛;王大祥;杜愎刚3.氧化铝乙二醇和水混合基纳米流体对氢内燃机散热的影响规律研究 [J], 李丹丹;杨振中;张威;张孚;孙永生4.纳米流体在车用机油冷却器中的强化换热试验研究 [J], 钟勋;俞小莉5.汽车用铜材表面电泳沉积氧化铝纳米膜 [J], 付龙虎因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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氧化铝乙二醇和水混合基纳米流体对氢内燃机散热的影响规律研究
李丹丹，杨振中，张威，张孚，孙永生
（华北水利水电大学，河南郑州４５００４５）
摘要：针对氢内燃机机体热负荷高的问题，通过ＡＶＬＦＩＲＥ数值模拟研究了不同氧化铝粒子体积浓度下，氧化铝乙二醇和水混合基纳米流体对氢内燃机散热的影响规律。结果表明：在进口质流量、进口温度、出口静压一定的情况下，随着氧化铝体积分数的增大，纳米流体的整体冷却性能减弱；加入氧化铝纳米粒子后高温区的热流率都比基液的热流率大，在氧化铝纳米粒子体积分数为１％时，对氢内燃机的高温区的冷却效果最好。
关键词：氧化铝；纳米流体；氢内燃机；数值模拟；散热性能
中图分类号：Ｕ４６４文献标识码：Ａ文章编号：１６７１ — ７９８８（２０１７）０１ — ５Ｏ一０３
ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＩｎｌｕｅｆｎｃｅｏｆＡｌｕｍｉｎａ — －ＥｔｈｙｌｅｎｅＧｌｙｃｏｌ・－ＷａｔｅｒＮａｎｏｌｕｆｉｄｏｎｔｈｅＣｏｏｌｉｎｇｏｆＨＩＣＥ
ＬｉＤａｎｄａｎ，ＹａｎｇＺｈｅｎｚｈｏｎｇ，ＺｈａｎｇＷｅｉ，ＺｈａｎｇＦｕ，ＳｕｎＹｏｎｇｓｈｅｎｇ
（ＮｏｒｔｈＣｈｎａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，ＨｅｎｎａＺｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００４５）
汽车实用技术
ＡＵＴＯＭＯＢＩＬＥＡＰＰＬＩＥＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
２０ｌ７年第１期
２Ｏｌ７ＮＯ．１
ｉ０．１６６３８／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７１ — ７９８பைடு நூலகம்８．２０１７．０１．０１９