（材料学专业论文）纳米流体导热性能及其在热管中应用的研究.pdf

、 e r m a lc o n d u c t i v i t ya n d a p p l i c a t i o n i n h e a t p i p eo fn a n o f l u i d b y l ij i n k a i u n d e rt h es u p e r v i s i o no f p r o f l i uz o n g m i n g at h e s i ss u b m i t t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g u n i v e r s i t yo fj i n a n j i n a n ，s h a n d o n g ，er c h i n a m a y1 8 ，2 0 1 0 9川8川川川， 7，4 71洲y 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和 汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：幺扬u 导师签名：遄日期： ? ff u 归矗曲 1 3 纳米流体热管的研究1 0 1 4 研究内容l3 第二章纳米流体的制备及稳定性分析一1 5 2 1 实验原料及仪器：1 6 2 1 1 实验原料1 6 2 1 2 实验仪器17 2 2 纳米流体的制备及悬浮稳定性分析18 2 2 1c u o ( 3 0 n m ) 水纳米流体的制备与表征1 8 2 2 2a 1 2 0 3 一水纳米流体的制备与表征2 2 2 2 2 1a 1 2 0 3 ( 4 0 n m ) 水纳米流体的制备与表征2 3 2 2 2 2a 1 2 0 3 ( 6 5 n m ) - 水纳米流体的制备与表征2 5 2 2 3s i 0 2 ( 3 0 n m ) 水纳米流体的制备与表征2 7 2 2 4s i 0 2 ( 3 0 n m ) 7 , - - 醇纳米流体的制备与表征2 9 2 2 5 纳米流体稳定性的机理分析3 2 2 3 本章小结。3 3 v h l l 3 3 5 5 5 7 8 一 v 一 一 纳米流体导热性能及其在热管中应用的研究 第三章纳米流体导热性能的研究3 5 3 1 纳米流体导热系数的测量3 5 3 1 1 瞬态热线法3 5 3 1 2 实验系统。3 6 3 1 2 1 实验仪器3 6 3 1 2 2 实验装置3 6 3 1 3 误差分析3 9 3 1 3 1 导线热容引起的误差3 9 3 1 3 2 有限边界引起的误差3 9 3 1 3 3 近似公式引起的误差3 9 3 1 3 4 有限长导线引起的误差3 9 3 1 3 5 功率变化引起的误差。4 0 3 1 3 6 误差估计4 0 3 1 4 铂丝电阻温度系数的标定4 0 3 2 实验结果与分析4 1 3 2 1 纳米粒子的体积分数对纳米流体导热系数的影响4 1 3 2 2 温度对纳米流导热系数的影响4 4 3 2 3 颗粒粒径对纳米流体导热系数的影响4 5 3 2 4 悬浮稳定性对纳米流体导热系数的影响4 6 3 2 5 颗粒性质对纳米流体导热系数的影响4 7 3 3 纳米流体导热系数的理论分析4 7 3 3 1 固液混合物的导热系数模型4 7 3 3 2 纳米流体导热系数的理论分析4 8 3 4 本章小结5 0 第四章纳米流体导热机理的研究5 1 4 1 纳米流体导热机理的研究5 1 4 1 1 小尺寸效应的影响5 1 4 1 2 布朗运动的影响5 2 4 1 3 颗粒团聚的影响5 4 4 1 4 固液界面液膜层内液体分子规则排列的影响5 5 n 济南大学硕士学位论文 4 2 。纳米流体导热系数模型的建立与计算5 8 4 3 本章小结6 0 第五章纳米流体在热管中应用的研究6 l 5 1 热管制作6 1 5 2 热管工作原理6 2 5 3 纳米流体热管的实验研究6 2 5 3 1 热管材料与尺寸6 2 5 3 2 热管工质6 2 5 2 3 实验装置与测试系统6 3 5 3 4 实验结果与分析“ 5 3 4 1 热管启动过程中的温度分布6 4 5 3 4 2 热管启动过程中的温差分布6 6 5 3 4 3 热管加热段长度不同时的启动过程比较6 6 5 3 4 4 热管传热系数和热阻分析6 8 5 4 本章小结6 8 第六章结论与展望。6 9 6 1 结论6 9 6 2 展望7 0 三； 参考文献7 1 致谢7 9 附录a 攻读硕士期间发表的论文8 l 附录b 攻读硕士期间参加的课题研究8 3 h i 济南大学硕士学位论文 摘要 纳米流体是指在液体介质中以一定的方式和比例添加金属或非金属纳米粒子 而形成的一类新型传热工质，它比传统的基液具有更高的导热性能。将这种纳米流 体应用于传热元件一热管中，将大大提高其传热性能。 本文将c u o 、a 1 2 0 3 、s i 0 2 等纳米粒子添加到基液中制备成均匀、稳定的 c u o ( 3 0 n m ) 一水、a 1 2 0 3 ( 4 0 n m ) - 水、a 1 2 0 3 ( 6 5 n m ) - 水、s i 0 2 ( 3 0 n m ) - 水、s i 0 2 ( 3 0 n m ) - 乙 二醇纳米流体，分析其导热性能，再将这些纳米流体置于热管元件内研制纳米流体 热管。本研究旨在将纳米流体应用于传热领域，拓宽纳米技术的应用范围，探索纳 米技术在热能工程领域的基础问题，对推动高性能传热设备的研发起到了一定作 用。本文的研究内容主要包括： 1 采用两步法制备了不同体积分数( 0 1 0 5 ) 的c u o ( 3 0 n m ) - 水、a 1 2 0 3 ( 4 0 n m ) - 水、a 1 2 0 3 ( 6 5 n m ) 水、s i 0 2 ( 3 0 n m ) - 水、s i 0 2 ( 3 0 n m ) 一乙二醇纳米流体。通过调节p h 值、添加分散剂和超声振动来改善纳米流体悬浮液的分散稳定性。利用z e t a 电位、 平均粒径、吸光度等分析方法对纳米流体的悬浮稳定性进行表征，并获得纳米流体 最佳的分散工艺。分析表明纳米流体的悬浮稳定性不仅与基液和纳米粒子的属性有 关，与纳米颗粒间的相互作用也有着密切的关系。 2 研制了一套瞬态热线测试系统，测定了c u o ( 3 0 n m ) 水、a 1 2 0 3 ( 4 0 n m ) 水、 a 1 2 0 3 ( 6 5 n m ) 水、s i 0 2 ( 3 0 n m ) 水、s i 0 2 ( 3 0 n m ) 乙二醇纳米流体在不同体积分数 ( 0 1 0 5 哟、不同温度下( 2 5 5 0 0 c ) 的导热系数。在此基础上，分析研究了纳米粒子体 积分数、尺寸、属性、温度及纳米流体悬浮稳定性等因素对纳米流体导热系数的影 响。结果显示，纳米流体可以显著提高基液的导热性能。但不同种类纳米粒子组成 的纳米流体，其导热系数的相对增加量是不同的。2 5 。c 时，这些纳米流体导热系数 的增加量大约为2 8 6 3 3 7 0 。在此基础上，将实验值和理论模型的计算值进行比 较，深入研究纳米流体的导热机理。 3 建立纳米流体导热系数模型，将该模型与传统理论模型进行比较，发现该模 型计算值与实验测量值更加吻合，具有更高的精度，其精度比传统理论模型可以提 高3 0 左右。 4 建立了一套测试热管传热性能的实验装置。将c u o 水、a 1 2 0 3 水、s i 0 2 水 纳米流体作为热管的换热工质进行传热性能测试。实验中测量了三种纳米流体热管 v 纳米流体导热性能及】在热管中应用的研究 的温度分布，并与以水作为工质的热管进行比较。实验结果表明，纳米流体热管的 传热系数比水热管高，而其热阻比水热管低。 关键词：纳米流体，制备，导热系数，热管 a p p l i c a t i o no fn a n o t e c h n o l o g ya n de x p l o r et h eb a s eq u e s t i o ni nt h et h e r m a le n g i n e e r i n g n a n o f l u i dp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei np r o m o t i n gt h ed e v e l o p m e n to fh e a tt r a n s f e r e q u i p m e n tw i t hh i g hp e r f o r m a n c e t h i sw o r km a i n l yi n c l u d e s ： 1 t h et r a d i t i o n a lb a s ef u i da n d n a n o p a r t i c l e s w e r em i x e db y d i s p e r s a n t ， u l t r a s o n i c a t i o na n d c o n t r o l l i n gp hv a l u ed i r e c t l y n a n o f l u i d sw e r ep r e p a r e dw i t h d i f f e r e n tv o l u m ef r a c t i o nu s i n gt h i st w os t e pm e t h o d s u s p e n s i o ns t a b i l i t yo fn a n o f l u i d w a sc h a r a c t e r i z e da n da n a l y z e du s i n gz e t ap o t e n t i a l ，a v e r a g ep a r t i c l es i z ea n da b s o r b a n c y m e t h o d t h eb e s td i s p e r a n tc o n d i t i o nw a sg a i n e d n o to n l yp r o p e r t i e so ff l u i d sa n d n a n o p a r t i c l e sb u ta l s ot h ei n t e r a c t i o nf o r c eb e t w e e nn a n o p a r t i c l e sc a ni n f l u e n c et h e s u s p e n s i o ns t a b i l i t yo f n a n o f l u i d 2 t h et r a n s i e n th o tw i r ea p p l i a n c ef o rm e a s u r i n gt h e r m a lc o n d u c t i v i t yo fn a n o f l u i d w a sb u i l t t h et h e r m a lc o n d u c t i v i t i e so f c u o ( 3 0 n m ) - w a t e r , a 1 2 0 3 ( 4 0 n m ) 一w a t e r , a 1 2 0 3 ( 6 5 n m ) w a t e r , s i 0 2 ( 3 0 n m ) - - w a t e r , s i 0 2 ( 3 0 n m ) e gn a n o f l u i d sw e r em e a s u r e da t d i f f e r e n tv o l u m ef r a c t i o n ( 0 1 0 5 ) a n dt e m p e r a t u r e ( 2 5 5 0 c ) u s i n gt h i sa p p l i a n c e t h e p r o p e r t i e s ，v o l u m ef r a c t i o n ，a n d s i z eo fn a n o p a r t i c l e s ，s u s p e n s i o n s t a b i l i t y a n d t e m p e r a t u r ee f f e c t i n go nt h e r m a lc o n d u c t i v i t yo fn a n o f l u i dw e r es t u d i e d a d d i n g n a n o p a r t i c l e s i n t ob a s ef u i dc a ne n h a n c et h et h e r m a l c o n d u c t i v i t yg r e a t l y b u t e n h a n c e m e n to ft h e r m a lc o n d u c t i v i t yw a sd i f f e r e n ti nd i f f e r e n tk i n d so fn a n o f l u i d t h e t h e r m a lc o n d u c t i v i t ye n h a n c e m e n to fn a n o f l u i di sa b o u t2 8 6 3 3 7 0 a tt e m p e r a t u r e 2 5 c c o m p a r i n gb e t w e e ne x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dt h e o r e t i c a lm o d e l ，t h eh e a tt r a n s f e r m e c h a n i s mo fn a n o f l u i dw a ss t u d i e d i 纳米流体导热性能及其在热管中应用的研究 3 m o d e lo ft h e r m a lc o n d u c t i v i t yo fn a n o f l u i dw a sp r o p o s e d i th a sam u c hb e t t e r p r e c i s i o nc o m p a r i n gw i t ht h e t r a d i t i o n a lt h e o r e t i c a lm o d e l sw h o s ep r e c i s i o nc a ni n c r e a s e a b o u t3 0 4 a t e s t i n ge q u i p m e n to f h e a tp i p ew a ss e tu p a ne x p e r i m e n t a ls t u d yw a sp e r f o r m e d t o s t u d y t h eh e a tt r a n s f e rc h a r a c t e r i s t i c so fc u o w a t e r , s i 0 2 - w a t e r , a 1 2 0 3 一w a t e r n a n o f l u i d si nh e a tp i p e t h et e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o nw a sa n a l y z e d c o m p a r i n gw i t ht h e h e a tp i p ef i l l e dw i t hw a t e r , i tc a nb ef o u n dt h a th e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n to fh e a tp i p ef i l l e d w i t hn a n o f l u i dw a sh i g h e rt h a nh e a tp i p ef i l l e dw i t hw a t e rw h i l e 也e i rt h e r m a lr e s i s t a n c e w a sl o w e rt h a nh e a tp i p ef i l l e dw i mw a t e r k e y w o r d s ：n a n o f l u i d ，p r e p a r a t i o n ，t h e r m a lc o n d u c t i v i t y , h e a tp i p e v i i i 济南大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 伴随着能源问题的日益突出和科学技术的不断发展，换热设备的传热强度日益增 大，对换热设备的性能指标要求越来越高。进一步提高换热设备的传热功率已成为迫 在眉睫的重要课题。换热工质作为影响强化传热的一个重要因素，从其入手开发出新 型换热工质将会大大提高换热设备的传热功率。 在液体中添加金属或非金属固体粒子是提高换热工质导热性能的一种有效方法。 一个重要原因就是这些固体粒子的导热系数比纯液体要高出几十倍甚至几万倍，表 1 1 针对典型的固体和液体的导热系数进行了比较。从表中可以看出，室温下，碳纳 米管的导热系数是水的5 0 0 0 倍，是机油的2 0 0 0 0 倍，铜的导热系数是水的7 0 0 倍， 是机油的3 0 0 0 倍。许多研究者【”】从理论和实验方面对固液混合物导热性能的研究开 展了大量工作并取得了一定的研究成果。然而，大量的研究工作主要涉及毫米或微米 级固体粒子，这些固体粒子在悬浮液中很容易引起团聚沉降导致阻塞，大大限制了其 在工业中的实际应用。随着纳米技术的不断发展，纳米技术的应用领域正在不断的向 其他学科发展和延伸，使该问题得到了很好的解决。研究人员将纳米技术应用于强化 传热领域，研究出新型的换热工质。1 9 9 5 年，c h o i 等【4 】首次提出了纳米流体的概念： 在液体介质中以一定的方式和比例添加金属或非金属纳米颗粒而形成的一类新型换 热工质。 与在液体中添加毫米或微米级固体颗粒及传统的纯液体相比，纳米流体的优点主 要体现在： ( 1 ) 纳米流体可以显著提高基液的导热系数，增强其导热性能。 ( 2 ) 悬浮在液体内的纳米粒子由于其布朗运动速度较大，加快了能量的传递，使 其导热性能得到增强。 ( 3 ) 纳米粒子因具有小尺寸效应，不会像毫米或微米级固体粒子那样容易产生磨 损或堵塞。因此，纳米流体更适合在强化传热领域的实际应用。 ( 4 ) 纳米粒子具有更大的比表面积，使其传热面积增大。 纳米流体导热性能及其在热管中应用的研究 表1 1 典型液体物质与固体物质的导热系数比较 t a b l e1 1c o m p a r i s o no f t h e r m a lc o n d u c t i v i t i e so f t y p i c a ll i q u i d sa n ds o l i d s 2 济南大学硕卜学位论文 热管作为换热设备中的一种高效传热元件，由于其质量轻巧，结构紧凑，工作温 度范围宽，并可以根据需要加工成不同的形状。尤为重要的是，热管的高传热能力以 及较高的等温特性，使得它在电子器件及冷却领域具有较高的应用价值。研究者采用 各种方法来提高热管的传热效率，这些方法对热管的传热效率在定程度上起到了很 好的强化作用。近年来，研究者从另一个角度出发，不改变热管结构，而是采用一种 新型传热冷却工质一纳米流体作为热管工质来提高其传热性能。本课题就是在这样的 指导思想下对纳米流体的导热性能进行研究，探索其在热管中的应用情况。本论文旨 在拓宽纳米技术的应用范围，推动高性能换热设备的研发。 1 2 纳米流体的研究现状 许多研究者在液体介质中均匀分散一定量的金属、氧化物、非氧化物等纳米粒 子，制备得到纳米流体悬浮液。在此基础上，针对纳米流体的导热性能进行了大量 的实验研究，分析了纳米流体中纳米颗粒的体积分数、颗粒属性、尺寸、温度及悬 浮稳定性等因素对其导热性能的影响，以期建立纳米流体的相关信息。 1 2 1 纳米流体制备方法的研究 纳米流体的制备方法主要有单步法和两步法两种。 单步法是指纳米颗粒与纳米流体制备同时进行，即纳米颗粒生成的同时将其分散 到基液中。该制备方法的优点是悬浮稳定性较好、颗粒纯度较高，缺点是制备所需成 本较高。 舢g o 皿e 国家实验室的e a s n l l 姐等同采用气相沉积法制备了c u o 水、a 1 2 0 3 水、c u - 机油等纳米流体，其制各原理如图1 1 【6 】所示。 l i u 等7 1 通过肼与乙酸铜水溶液反应，即化学还原法，合成了不同体积分数的c u - 水纳米流体。 朱海涛【8 】将纳米流体制备与纳米颗粒的湿化学法制备相结合，即一步湿化学法， 制备了c u o 水、f 0 3 0 4 水、石墨水、c u 乙二醇四类纳米流体。 3 纳米流体导热性能及其在热管中虑用的研究 酝：堍旃白加脯勘惕似，幺和羹i 菇一锄如乎瓣；，# 缸m 川o 图1 1 气相沉积法原理图 f i g 1 1s c h e m a t i cs k e t c ho f e v a p o r a t i o n c o n d e n s a t i o ni n s t r u m e n t 两步法是指纳米颗粒和纳米流体的制备是分步完成的。即先制备纳米颗粒，再将 纳米颗粒添加到液体介质中获得纳米流体，该方法成本低、操作简单、可以用于制备 大部分类型的纳米流体。基于此，两步法制备纳米流体得到国内外研究者广泛的使用。 d a s 等【9 1 将c u o 、a 1 2 0 3 纳米颗粒直接添加到水中经超声振动制得纳米流体。 a s s a e l 等【1 0 】将碳纳米管在分散剂十二烷基苯磺酸钠的作用下，经超声振动制得纳 米流体。 k w a k 等【1 1 】将c u o 纳米颗粒添加到乙二醇中经超声振动制得c u o 乙二醇纳米流 体。 m u r s h e d 等【1 2 】采用油酸和十六烷基三甲基溴化胺作为分散剂经超声振动制得 t i 0 2 水纳米流体。 h o n g 掣1 3 1 在水中添加碳纳米管和f e 3 0 4 纳米粒子，并采用十二烷基苯磺酸钠作为 分散剂经超声振动制得纳米流体。 h w a n g 等将s i 0 2 、c u o 纳米颗粒、碳纳米管、富勒烯分别添加到水、油、乙二 醇中经超声振动制得纳米流体。 l e e 掣1 5 1 将a 1 2 0 3 纳米颗粒添加到水中经超声振动制得a 1 2 0 3 水纳米流体。 谢华清等 1 6 , 1 7 】将a 1 2 0 3 纳米颗粒、碳纳米管、s i c 纳米颗粒分别添加到乙二醇、水、 辛烯、泵油中经磁力搅拌和超声振动制得纳米流体。 宣益民等【1 8 , 1 9 把a i 、c u 纳米颗粒，在分散剂的作用下，经超声振动分散到水、机 油、航天传热液中制得纳米流体。 彭小飞【冽和王先菊等2 1 1 将灿2 0 3 纳米颗粒，在十二烷基苯磺酸钠分散剂的作用下， 经超声振动制得纳米流体。 4 济南人学硕士学位论文 h up 锄g 等【2 2 1 将a l n 纳米颗粒添加到乙二醇中，经磁力搅拌后进行超声振动制得 a 1 n 乙二醇纳米流体。 1 2 2 纳米流体导热性能的研究 1 2 2 1 金属纳米颗粒组成的纳米流体 e a s t m a n 等【捌对c u - 乙- - 醇纳米流体的导热系数进行了测量。测量结果表明，添加 体积分数为0 3 的c u 纳米颗粒( 翥氆 御 雹1 4 0 4 5 - 5 0 24681 01 2 p h ( a ) 刨 米 督 24681 01 2 雕 嘞 图2 6p a 对c u o - 水纳米流体悬浮液分散性能的影响 f i g 2 6i n f l u e n c eo f p no ns u s p e n s i o ns t a b i l i t yo f c u o - w a t e rn a n o f l u i d 2 1 纳米流体导热性能及其在热管中应用的研究 p h 值较小时，c u o 纳米颗粒表面对应的z e t a 电位绝对值较小，c u o 纳米颗粒 间产生的斥力不足以克服颗粒间的吸引力，c u o 纳米颗粒将发生团聚沉降。与之相 对应的吸光度较小，分散稳定性较差。随着p h 值的进一步增加，c u o 纳米颗粒表 面的z e t a 电位绝对值不断增大，颗粒间的斥力足以克服颗粒间的吸引力，进而降低 了c u o 纳米颗粒发生团聚沉降的几率，相应的吸光度增大，分散稳定性得到明显 改善。p h = 8 左右时，z e t a 电位绝对值达到最大，此时c u o 水悬浮液的吸光度较大， 分散稳定性较好。p h 值继续增加时，由于p h 调节剂浓度的不断增大，将压缩双电 层厚度。z e t a 电位绝对值有降低的趋势，c u o 纳米颗粒间斥力减小，相应的吸光度 逐渐减小，分散稳定性降低。 综合以上分析，可以得出c u o - 水纳米流体的最佳分散工艺为：超声时间1 5 h ， p h = 8 ，浓度为0 0 6 的s d b s 。在该分散工艺下，制备了体积分数为o 1 、o 2 、 0 3 、0 4 、0 5 的c u o 水纳米流体，其照片如图2 7 所示。 图2 7c u o 水纳米流体照片 f i g 2 7p h o t o g r a p h so fc u o - w a t e rn a n o f l u i d 2 2 2a 1 2 0 3 水纳米流体的制备与表征 a 1 2 0 3 水纳米流体是最早研究的纳米流体体系，也是研究得最多的体系。a 1 2 0 3 水纳米流体的性能稳定、制备所需成本较低，适用范围较广，是最具工业应用前景的 体系之一。实验通过两步法制备了两种粒径( 4 0 r i m ，6 5 n m ) 的a 1 2 0 3 一水纳米流体，对 于粒径较小的a 1 2 0 3 ( 4 0 n m ) 水纳米流体主要采用磁力搅拌和超声振动进行分散，而对 于粒径较大的a 1 2 0 3 ( 6 5 n m ) 水纳米流体除了采用磁力搅拌和超声振动外，还需添加分 散剂对朋2 0 3 纳米粒子进行分散，这是因为粒径较大的粒子其重力作用较大，布朗运 动等不足以和纳米粒子的重力相抗衡。 024681 01 21 41 6 时问，h 图2 8 超声振动时间对越2 0 3 水纳米流体z e t a 电位的影响 f i g 2 8i n f l u e n c eo f u l t r a s o n i cv i b r a t i o nt i m eo nz e t ap o t e n t i a lo f a l 2 0 3 - w a t e rn a n o f l u i d 善 、 堪 黧 梨 聚 024681 01 21 41 6 时间，h 图2 9 超声振动时间对, a 1 2 0 3 水纳米流体中舢2 0 3 粒径的影响 f i g 2 9i n f l u e n c eo f u l t r a s o n i cv i b r a t i o nt i m eo ns i z eo f a l 2 0 3p a r t i c l ei na 1 2 0 3 一w a t e rn a n o f l u i d 纳米流体导热性能及其在热管中应用的研究 图2 9 为超声振动时间对a 1 2 0 3 水纳米流体中a 1 2 0 3 粒径的影响。从图中可以看 出，随超声时间的延长，在2 1 l h 内，a 1 2 0 3 纳米粒子的粒径先减小后增大；1 1 1 5 h 内，粒径几乎不变；在超声振动3 h 时，触2 0 3 水纳米流体中纳米粒子的粒径达到最 小。 图2 1 0 为超声振动时间对a 1 2 0 3 水纳米流体吸光度的影响。从中可以看出，随 着超声时间的延长，吸光度逐渐增大。当超声时间约为3 h 时吸光度达到最大。 图2 8 ，2 9 ，2 1 0 的测试结果是一致的，说明a 1 2 0 3 水纳米流体的最佳分散工艺 为超声3 h 。图2 1 1 为利用此法制备的体积分数为o 1 、0 2 、0 3 、o 4 、0 5 的a 1 2 0 3 ( 4 0 r e i n ) 水纳米流体照片。 0 2 4 681 0 1 21 41 6 时间，h 图2 1 0 超声振动时间对朋2 0 3 水纳米流体吸光度的影响 f i g 2 1 0i n f l u e n c eo f u l t r a s o n i cv i b r a t i o nt i m e0 1 1a b s o r b a n c y o f a l 2 0 3 - w a t e rn a n o f l u i d 图2 1 la 1 2 0 3 ( 4 0 n m ) 水纳米流体照片 f i g 2 11p h o t o g r a p h so f a l 2 0 3 ( 4 0 n m ) - w a t e rn a n o f l u i d 济南大学硕士学位论文 2 2 2 2a 1 2 0 3 ( 6 5 n m ) - 水纳米流体的制备与表征 将a 1 2 0 3 纳米粒子添加到去离子水中经磁力搅拌使其成为悬浮液，添加适量分散 剂后对悬浮液进行超声振动，使其均匀稳定。实验测量体积分数为o 1 的a 1 2 0 3 水 纳米流体在不同条件下的z e t a 电位、粒度和吸光度，研究超声振动时间、分散剂种类 和浓度对a 1 2 0 3 水纳米流体悬浮稳定性的影响。 ( 1 ) 超声振动时间对a 1 2 0 3 ( 6 5 n m ) 一水纳米流体悬浮液分散性能的影响 图2 1 2 给出了超声振动时间对a 1 2 0 3 一水悬浮液中a 1 2 0 3 粒径的影响。从图中可以 看出，随超声时间的延长，a 1 2 0 3 纳米粒子的粒径先减小后增大；经超声振动3 h 后， a 1 2 0 3 水纳米流体中纳米粒子的粒径达到最小，说明a 1 2 0 3 水纳米流体超声时间为3 h 时分散性能最好。 024681 01 2 时田h 图2 1 2 超声振动时间对a 1 2 0 3 水纳米流体中灿2 0 3 粒径的影响 f i g 2 1 2i n f l u e n c eo f u l t r a s o n i cv i b r a t i o nt i m eo ns i z eo f a l 2 0 3 p a r t i c l ei na 1 2 0 3 一w a t e rn a n o f l u i d ( 2 ) 分散剂对a 1 2 0 3 ( 6 5 n m ) 水纳米流体悬浮液分散性能的影响 图2 1 3 为分散剂种类和浓度对a 1 2 0 3 水纳米流体z e t a 电位的影响，从图中可以 看出，无论是添加p e g 6 0 0 0 还是s d b s ，a 1 2 0 3 水纳米流体z e t a 电位的绝对值均出现 先增大后减小的趋势，且添加分散剂p e g 6 0 0 0 悬浮液的z e t a 电位绝对值大于添加分 散剂s d b s 悬浮液的z e t a 电位绝对值。说明添加分散剂p e g 6 0 0 0 对a 1 2 0 3 一水纳米流 体分散性能更好，对应分散剂的最佳浓度为0 8 。 ：8 强 加 ：2 ：f ； 量国鞯巢曝 纳米流体导热性能及其在热管中应用的研究 图2 1 4 为分散剂种类和浓度对a 1 2 0 3 水纳米流体吸光度的影响。从图中可以看 出，添加分散剂p e g 6 0 0 0 和s d b s 的a 1 2 0 3 水纳米流体的吸光度均呈现先增大后减 小趋势。且添加分散剂p e g 6 0 0 0 悬浮液的吸光度大于添加分散剂s d b s 的悬浮液的 吸光度，说明添加分散剂p e g 6 0 0 0 对a 1 2 0 3 水纳米流体分散性能更好，且最佳加入 量为o 8 。与z e t a 电位的分析结果一致。 名 迫 脚 吾 n 0 00 20 40 60 81 01 21 41 61 8 质量分数， 图2 1 3 分散剂种类和浓度对朋2 0 3 水纳米流体z e t a 电位的影响 f i g 2 13i n f l u e n c eo fd i s p e r s a n tk i n d sa n dc o n c e n t r a t i o no l l z e t ap o t e n t i a lo f a l 2 0 3 一w a t e rn a n o f l u i d 蜊 茱 督 0 00 20 40 60 81 01 21 41 61 8 质量分数 图2 1 4 分散剂种类和浓度对a 1 2 0 3 - 水纳米流体吸光度的影响 f i g 2 1 4i n f l u e n c eo fd i s p e r s a n tk i n d sa n dc o n c e n t r a t i o no n a b s o r b a n c yo f a l 2 0 3 - w a t e rn a n o f l u i d 2 2 3s i 0 2 ( 3 0 n m ) 水纳米流体的制备与表征 最佳分散 如图2 1 5 s i 0 2 水纳米流体具有较高的导热系数，且由于s i 0 2 具有较低的密度，以此形成 的纳米流体较易制备，其应用较为广泛。为了制备分散稳定的s i 0 2 水纳米流体悬浮 液，实验时称取一定量的s i 0 2 纳米粉体( 体积分数为0 1 ) ，加入到去离子水中经磁 力搅拌后制成纳米流体悬浮液，通过z e t a 电位分析、粒度分析和吸光度分析来表征超 声振动时间对纳米流体悬浮稳定性的影响。图2 1 6 、2 1 7 、2 1 8 给出了实验结果。 图2 1 6 为超声振动时间对s i 0 2 水纳米流体z e t a 电位的影响。从图中可以看出， 随超声时间的延长，在1 5 h 内，s i 0 2 水纳米流体的z e t a 电位绝对值先增大后减小； 5 1 1 h 内，z e t a 电位逐渐减小；经超声振动5 h 后，s i 0 2 水纳米流体的z e t a 电位绝对 值达到最高。说明超声振动时间为5 h 时，s i 0 2 。水纳米流体的分散性能最佳。 图2 1 7 为超声振动时间对s i 0 2 水纳米流体中s i 0 2 粒径的影响。从图中可以看出， 随超声时间的延长，在1 5 h 内，s i 0 2 纳米粒子的粒径减小；5 1l h 内，粒径先增大后 减小；经超声振动5 h 后，s i 0 2 水纳米流体中纳米粒子的粒径达到最小，说明超声振 动时间为5 h 时，s i 0 2 水纳米流体分散性能最好。 纳米流体导热性能及其在热管中应用的研究 024681 01 2 时间h 图2 1 6 超声振动时间对s i 0 2 水纳米流体z e t a 电位的影响 f i g 2 16i n f l u e n c eo fu l t r a s o n i cv i b r a t i o nt i m eo nz e t ap o t e n t i a lo fs i 0 2 - w a t e rn a n o f l u i d 薯 、 蹬 黧 黧 磉 o 246 81 01 2 时间，h 图2 1 7 超声振动时间对s i 0 2 水纳米流体中s i 0 2 粒径的影响 f i g 2 1 7i n f l u e n c eo f u l t r a s o n i cv i b r a t i o nt i m e0 1 1s i z eo f s i 0 2p a r t i c l ei ns i 0 2 - w a t e rn a n o f l u i d 图2 1 8 为超声振动时间对s i 0 2 水纳米流体吸光度的影响。从图中可以看出，随 超声时间的延长，1 5 h 内，s i 0 2 水纳米流体的吸光度逐渐增大；5 1 l h 内，出现先减 小后增大的现象；经超声振动5 h 后，s i 0 2 水纳米流体的吸光度达到最高，s i 0 2 水纳 米流体的分散性能达到最佳，其结果与z e t a 电位和粒度的分析结果一致，说明超声时 间为5 h 时，其分散性能最好。 由图2 1 6 、2 1 7 、2 1 8 可以得出，s i 0 2 水纳米流体的最佳分散工艺为：超声5 h 。 其纳米流体照片如图2 1 9 所示。 书 锄 茹 娜 街 枷 舶 口j，攀曲皇az 昭 宕； 骑 d 图2 19s i 0 2 一水纳米流体照片 f i g 2 19p h o t o g r a p h so fs i 0 2 - w a t e rn a n o f l u i d 2 2 4s i 0 2 ( 3 0 n m )