纳米流体导热系数影响.docx

纳米流体导热系数影响十四烷是工业中最常用的液态烷烃之一，常被用于有机溶剂，有重要的应用价值。相比于纯烷烃，烷烃基纳米流体具有很多优异的性质，十分是导热系数的加强。采用实验与理论模型比照的方法，对一些影响十四烷基纳米流体导热系数的因素进行研究，包括纳米颗粒种类、浓度、温度以及稳定性。结果表明，纳米流体的有效导热系数随纳米颗粒体积分数的增加而增加，随温度的升高而下降；在各种纳米颗粒中，碳纳米管对导热的加强最为显著，且碳纳米管流体具有最好稳定性。关键词：十四烷；纳米流体；相变材料；导热系数；稳定性纳米流体作为一种新型工质广泛应用于电子冷却、吸收式制冷和热泵供热等方面。自于年报道了纳米流体的优异传热性能起，相关研究论文的数量不断增长。诸多学者进行了纳米流体导热系数加强的实验。和研究了变压器油铜以及水铜纳米流体在不同颗粒浓度下导热系数的加强，结果表明纳米流体的导热系数随颗粒浓度的增加而显著加强。等研究了不同纳米流体的导热加强，包括煤油、铜乙二醇和铜石蜡体系，结果表明三种纳米流体导热都有明显加强。等、等、等以及等分别报道了银乙二醇、水、水以及乙二醇纳米流体导热系数的加强。以上研究均表明纳米流体的导热系数随颗粒浓度的增加而增加。除了大量的实验研究之外，一些学者讨论了纳米流体导热的理论模型。贾涛等在模型基础上建立了适用于碳纳米管水基纳米流体的导热系数模型，通过实验数据分散剂为的纳米流体导热系数进行了确认。和利用蒙特卡洛方法研究了布朗运动对于导热加强的效果，发现相比于单纯的扩散机制，布朗运动能够通过粒子的随机迁移实现导热系数加强约。等讨论了几种纳米流体导热加强的机制，却发现布朗运动的作用几乎能够忽略。一些学者探究了温度对纳米流体导热的影响。和考察了不同温度下碳纳米管水纳米流体导热系数，结果表明：当温度低于时，导热系数随温度升高线性增加；但当温度高于时，导热系数不再随温度上升而增加。等也发如今碳纳米管水分散体系中，导热系数随温度升高而增加。薛怀生则是对多壁碳纳米管纳米流体的沸腾传热进行了探究。很多学者研究了纳米颗粒浓度对导热加强的影响，但多针对某一种颗粒，且由于不同工作中实验条件不尽一样，难以直接比照不同纳米颗粒导热系数加强的效果。另一方面，不同研究对温度的影响仍然存在争议。等、等以及等以为导热系数的加强程度随温度升高而增加；然而，等发现乙二醇纳米流体的导热加强和温度关系不大。等的研究表明乙二醇纳米流体的导热加强随温度升高而增加，但是温度对乙二醇纳米流体的导热加强没有影响。很多研究关注的是水基或者乙二醇基纳米流体的导热系数，很少关注于油基纳米流体，尤其是烷烃基纳米流体。烷烃相变经过具有可观的潜热，在储能方面有着很高的应用价值，有必要对烷烃基纳米流体的导热系数开展研究。本文研究采用十四烷作为基液，研究、多壁碳纳米管以及四种纳米颗粒的参加对于纳米流体导热的影响。针对铜十四烷纳米流体，考察了颗粒浓度对导热系数的影响，并将不同颗粒、浓度的实验结果与理论模型结果进行比照；测量了纳米流体在不同温度下的导热系数，以考察温度对导热加强的影响。此外，在此前的一些研究中，有证据表明纳米流体不稳定时导热性能会发生变化，本文研究针对纳米流体稳定性对导热的影响也进行了探究，常用的改变纳米流体稳定性的方法包括添加分散剂和纳米颗粒外表改性，二者均可通过增大颗粒间的位阻效应提高纳米流体的稳定性，故本研究对外表改性、两种参加不同分散剂以及未处理的纳米流体的导热性能进行了比照分析。实验部分实验材料、以及粉状纳米颗粒从北京德科岛金纳米技术有限公司购置。纳米颗粒的平均粒径为，粒径为，粒径为，三种颗粒纯度均大于，直径小于，长度为，纯度大于。图以铜纳米颗粒为例给出了电镜照片。十四烷从阿拉丁化学试剂公司购置，纯度为分析纯。油酸、用作分散剂，从国药化学试剂有限公司购置，油酸的纯度为分析纯，的纯度为化学纯。采用盐酸多巴胺、三羟甲基氨基甲烷、氢氧化钠以及十八硫醇进行颗粒外表改性，均购置于阿拉丁化学试剂公司，纯度均为。仪器和设备采用称量瓶以及烧杯制备纳米流体，精度为的电子天平型号，梅特勒托莱多公司用来称量纳米颗粒、分散剂、外表改性的化学原料以及十四烷的质量。采用最大功率为的超声处理器型号，上海研永超声仪器设备公司分散基液中的纳米颗粒。采用磁力搅拌器型号，仪器公司和高速离心机型号，长沙湘仪离心设备有限公司进行颗粒外表改性。采用真空枯燥箱型号，上海一恒科学仪器有限公司对颗粒进行枯燥。采用热线法型号，西安夏溪仪器设备公司测量导热系数，精度为；利用水浴型号，宁波天能仪器设备公司控制温度。实验方法通过两步法制备纳米流体。首先，将十四烷参加称量瓶中，通过电子天平测得其质量。然后称量样品所需体积分数对应质量的纳米颗粒以及分散剂，并参加基液中，通过超声处理器超声进行均质化处理。纳米颗粒的外表改性通过化学方法获得。首先，纳米铜粉参加、的三羟甲基氨基甲烷溶液中，对混合液进行、的超声处理，参加的，磁力搅拌。然后，对分散体系进行离心，转速为。离心得到的沉淀物通过过滤的方法得到，将这些沉淀物参加、的氢氧化钠溶液中，再参加的，磁力搅拌，之后再次高速离心，并过滤分离沉淀物，将得到的沉淀物放入真空枯燥箱中，在的环境下枯燥，即得到外表改性的颗粒。结果与讨论颗粒种类对导热系数的影响本文测量了十四烷基、以及纳米流体的导热系数，这四种纳米流体中纳米颗粒的体积分数均为，测试温度均为。结果表明，四种纳米流体导热系数均高于基液。在一样体积分数下，多壁碳纳米管十四烷纳米流体具有最高的有效导热系数，而氧化铜十四烷的导热系数最低。尽管二氧化硅粉末的导热系数远低于铜和氧化铜，但其导热系数加强效果与铜和氧化铜相当甚至略好，这可能是由于二氧化硅纳米颗粒相对愈加稳定、均质。从理论模型中能够得到，纳米流体的有效导热系数随纳米颗粒的导热系数的增加而增加，然而当颗粒的导热系数相比基液高出很多的时候，纳米流体的导热系数并非同比例增加。另一方面能够看到氧化铜十四烷纳米流体的导热系数与模型符合最好，而碳纳米管十四烷导热系数与理论模型结果相差较大。颗粒体积分数对有效导热系数的影响研究了不同颗体积分数度对铜十四烷纳米流体的导热系数的影响，铜的体积分数分别为、以及。四种纳米流体导热系数均在下测试。实验结果与模型值进行了比照。图显示了不同体积分数下铜十四烷纳米流体有效导热系数的实验值以及模型的理论预测值。从图能够看出，在颗粒体积分数为、时，有效导热系数实验测量值高于模型预测值，而当体积分数为时，理论预测值高于实验值。温度对有效导热系数的影响研究了体积分数为的铜十四烷纳米流体在不同温度下的有效导热系数，测试温度分别为、和。图显示出纯十四烷以及铜十四烷纳米流体在不同温度下的有效导热系数。稳定性对导热系数的影响测量了十四烷铜纳米流体在不同的稳定性下的导热系数。稳定性控制包括添加油酸、作分散剂以及对进行外表改性。经实验测定分散剂及外表改性剂本身对纳米流体导热系数影响能够忽略，通过测量粒径分布得出稳定性排序：无特殊处理添加油酸添加外表改性。将采用这几种方法处理的纳米流体的有效导热系数与未进行处理的进行比照。表显示了四种不同稳定性的纳米流体的有效导热系数。从表中能够看出，有外表改性的纳米流体有最大的导热加强。本研究对十四烷基纳米流体的导热系数进行了研究，考虑了颗粒种类、体积分数、温度和稳定性条件的影响，实验结果与理论模型进行了比照。结果表明，在四种材料当中，碳纳米管流体有最高的有效导热系数。对于铜十四烷纳米流体，有效导热系数随纳米颗粒体积分数增加而增加，实验测量值在体积分数较低时高于理论预测值，而在体积分数到达时高于理论值；纳米流体导热系数随温度上升而下降，且高于纯十四烷的导热系数；对铜十四烷纳米流体，外表改性后的纳米流体有最好的稳定性，同时也具有最大的导热系数加强效果。