（材料加工工程专业论文）sio2水纳米流体热物性能及在热管中应用的研究.pdf

s t u d y o nt h e r m o p h y s i c a l p r o p e r t i e sa n d a p p l i c a t i o ni nh e a tp i p eo fs i 0 2 - - h 2 0n a n o f l u i d s b y z h ub a oj i e u n d e rt h es u p e r v i s i o no f p r o f z h a ow e il i n 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 f e n g i n e e r i n gs c i e n c e 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 ，p r c h i n a j u n e ，2 0 1 2 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：鼎也 日期：加仁形、s 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。 么开口保密(年，解密后应遵守此规定) 论文作者签名：谚沃甄 翩签名妨懈： 济雨大学硕士学位论文 目录 摘要v a b s t r a c t v i i 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 热管简介3 1 3 纳米流体的研究现状4 1 3 1 纳米流体制备的研究现状5 1 3 2 纳米流体热物理性能的研究现状5 1 3 3 纳米流体在热管中应用的研究现状一9 1 4 本课题的研究内容10 第二章s i 0 2 水纳米流体的制备与悬浮稳定性分析1 1 2 1s i 0 2 水纳米流体制备方法和悬浮稳定性影响因素1 1 2 1 1s i 0 2 水纳米流体制备方法1 1 2 1 2s i 0 2 水纳米流体悬浮稳定性影响因素11 2 1 3s i 0 2 水纳米流体悬浮稳定性表征方法1 2 2 2 实验原料及仪器1 2 2 2 1s i 0 2 纳米粉体的表征1 3 2 - 3s i 0 2 水纳米流体的制备及其悬浮液稳定性分析1 5 2 3 1s i 0 2 水纳米流体的制备1 5 2 3 2s i 0 2 水纳米流体悬浮稳定性分析1 5 2 3 3s i 0 2 水纳米流体悬浮稳定性机理研究1 9 2 4 本章小结2 1 第三章s i 0 2 水纳米流体热物理性能研究2 3 3 1s i 0 2 水纳米流体粘度的研究2 3 3 1 1s i 0 2 水纳米流体粘度的测量仪器及原理2 3 3 1 2s i 0 2 水纳米流体粘度的测试结果与分析2 4 3 1 3s i 0 2 水纳米流体粘度的作用机理探讨2 6 3 2s i 0 2 水纳米流体导热系数的研究2 8 s i 0 2 - 水纳米流体热物性能及在热管中应用的研冤 3 2 1s i 0 2 水纳米流体导热系数的测量仪器及原理2 8 3 2 2s i 0 2 水纳米流体导热系数的测试结果与分析2 9 3 2 3 纳米流体导热增强机理研究31 3 3s i 0 2 水纳米流体表面张力系数的实验研究3 2 3 3 1s i 0 2 水纳米流体表面张力的测量原理3 2 3 3 2s i 0 2 水纳米流体表面张力的测量与分析3 4 3 3 3s i 0 2 水纳米流体表面张力的作用机理探讨3 6 3 4s i 0 2 水纳米流体润湿性的研究3 7 3 4 1s i 0 2 水纳米流体接触角的测量仪器及原理3 7 3 4 2s i 0 2 水纳米流体接触角的测试结果与分析3 9 3 5s i 0 2 水纳米流体汽化潜热的研究4 0 3 5 1s i 0 2 水纳米流体汽化潜热的测量原理4 0 3 5 1s i 0 2 水纳米流体汽化潜热的测试结果与分析4 1 3 6s i 0 2 水纳米流体其他热物理性能参数的研究4 2 3 6 1s i 0 2 水纳米流体的沸点研究4 3 3 6 2s i 0 2 水纳米流体的饱和蒸汽压研究4 3 3 7 本章小结4 4 第四章s i 0 2 水纳米流体在热管中应用的研究4 5 4 1s i 0 2 水纳米流体热管的制作4 5 4 2s i 0 2 水纳米流体热管传热性能的测量装置4 7 4 2 1 热电偶的校准4 8 4 2 2 实验测试系统4 8 4 3s i 0 2 水纳米流体热管传热性能的研究4 9 4 3 1s i 0 2 水纳米流体热管启动研究4 9 4 3 2s i 0 2 水纳米流体热管的管壁温度分布5 5 4 3 3s i 0 2 水纳米流体热管的换热系数5 7 4 3 4s i 0 2 水纳米流体热管的热阻5 8 4 4s i 0 2 水纳米流体强化热管传热机理研究5 9 4 5 本章小结6 0 第五章结论与展望6 1 济南大学硕士学位论文 5 1 结论6 l 5 1 展望6 2 参考文献6 3 致 射6 8 附录6 9 i i i 原书空白页 不缺内容 济南大学硕士学位论文 摘要 纳米流体是指以一定的比例和方式将纳米级的金属或非金属以及它们的氧化物固 体颗粒添加在液体中，形成一类新型的传热工质。与传统的换热工质相比，纳米流体具 其较高的导热系数，如果把纳米流体作为换热工质填充到热管中，会使热管的传热性能 大大提高，将获得巨大的社会效益和经济效益，对我国的节能减排和环境保护意义重大。 本文将s i 0 2 纳米颗粒添加到基液水中，制各了悬浮稳定的s i 0 2 水纳米流体，并将 其作为换热工质填充到热管中，制作了s i 0 2 水纳米流体热管。本论文旨在根据s i 0 2 水 纳米流体制备过程探索确定其制备的最佳工艺及参数，并在此基础上研究s i 0 2 水纳米 流体的热物理性能参数，分析诸多因素影响s i 0 2 水纳米流体的热物理性能的原因和作 用机理；对s i 0 2 水纳米流体作为传热工质应用在热管中的传热性能进行实验，分析研 究s i 0 2 水纳米流体热管在不同倾斜程度的条件下的传热性能并与去离子水热管的传热 性能进行对比。本文主要内容如包括下几点： 1 、采用两步法制备了纳米颗粒粒径为1 5 n m 、3 0 n m 和5 0 r i m ，体积分数为o 1 0 5 的s i 0 2 水纳米流体，通过测量s i 0 2 水纳米流体的激光粒度、吸光度和z e t a 电位，分析 表征了s i 0 2 水纳米流体的悬浮稳定性，在不添加分散剂和不调节p h 值得条件下，确定 了s i 0 2 水纳米流体最佳制备工艺为超声分散5 小时，此时s i 0 2 水纳米流体的悬浮稳定 性最好。 2 、对s i 0 2 水纳米流体热物理性能参数粘度、导热系数、表面张力、润湿性与 接触角、汽化潜热、沸点以及饱和蒸汽压进行实验测试，研究分析s i 0 2 纳米颗粒体积分 数、s i 0 2 纳米颗粒的粒径和其他相关因素对s i 0 2 水纳米流体的热物性能参数的影响，并 对相关的热物性参数作出机理解释。 3 、将s i 0 2 水纳米流体作为传热工质填充到铜质热管中，制作了s i 0 2 水纳米流体 热管，对其在不同的倾斜程度条件下的传热性能进行了实验研究，并与去离子水热管进 行比较，发现s i 0 2 水纳米流体热管比水热管的启动温度低、启动时间短、传热系数有 较大提高、热阻降低幅度较大，倾斜3 0 。放置时的总体传热性能较好。s i 0 2 水纳米流体 适合作为传热工质填充到热管中，具有较好的传热性能。 关键词：s i 0 2 水纳米流体；热物理性能；热管 v 原书空白页 不缺内容 济南大学硕士学位论文 a b s t r a c t n a n o f l u i d sa r ean e wc l a s so fh e a tt r a n s f e rw o r k i n gf l u i d ，f o r m e db ya d d i n gn a n o s c a l e m e t a l l i c ，n o n - m e t a l l i co rt h eo x i d es o l i dp a r t i c l e si n t oaw o r k i n gl i q u i di nac e r t a i np r o p o r t i o n a n dm a n n e r c o m p a r e dw i t hm a n yt r a d i t i o n a lh e a tt r a n s f e rw o r k i n gf u i d s ，n a n o f l u i d sh a v e l e s sh e a tr e f r i g e r a n t ，h i g h e rt h e r m a lc o n d u c t i v i t ya n db e t t e rh e a tt r a n s f e rp e r f o r m a n c ea st h e w o r k i n gf u i df i l l e di n t oah e a tp i p e ，w h o s ep e r f o r m a n c eo fh e a tt r a n s f e rw i l lb eg r e a t l y e n h a n c e d s i 0 2 一w a t e rn a n o f l u i d s 、航t l lg o o ds u s p e n s i o ns t a b i l i t yw e r ep r e p a r e db ys i 0 2n a n o p a r t i c l e sa d d e di n t ot h ew a t e rb a s ef l u i d a n ds i 0 2 一w a t e rn a n o f l u i d sa sah e a tt r a n s f e rw o r k i n g f l u i df l l e di n t ot h eh e a tp i p e ，s i 0 2 - w a t e rn a n o f l u i d sh e a tp i p ei sm a d eo f t h i sp a p e ra i m st o e x p l o r ea n dd e t e r m i n et h eb e s tp r o c e s sr o u t e sa n dp a r a m e t e r so fp r e p a r a t i o no fs i 0 2 一w a t e r n a n o f l u i d s ，m e a s u r et h et h e r m o p h y s i c a lp r o p e r t i e so fs i 0 2 - w a t e rn a n o f l u i d s ，a n a l y s i sa n d s t u d ym a n yf a c t o r s ，c a u s e sa n dm e c h a n i s m so nt h e r m o p h y s i c a lp r o p e r t i e so fs i 0 2 一w a t e r n a n o f l u i d s w ee x p e r i m e n t e da n dt e s t e dt h eh e a tt r a n s f e rp e r f o r m a n c eo fh e a tp i p e 、航m s i 0 2 - w a t e rn a n o f l u i d sa sah e a tt r a n s f e rw o r k i n gf l u i d ，a n a l y s i s e dt h eh e a tt r a n s f e r p e r f o r m a n c eo ft h es i 0 2 - w a t e rn a n o f l u i d sh e a tp i p eu n d e rt h ec o n d i t i o n so ft h ed i f f e r e n t g r a d i e n td e g r e ea n dc o m p a r e d 、航t ht h eo fh e a tt r a n s f e rp e r f o r m a n c eh e a tp i p ef i l l e dw a t e ro f e l i m i n a t e di o n s t h em a i nc o n t e n to ft h i sp a p e ri n c l u d et h ef o l l o w i n gp o i n t s ： 1 、p a r t i c l es i z e so f15 n m ，3 0 n ma n d5 0 n m ，t h ev o l u m ef r a c t i o no f0 1 0 5 s i 0 2 - w a t e rn a n o f l u i d sp r e p a r e db yt h et w o s t e pm e t h o d i nt h ec o n d i t i o n sw i t h o u ta d d i n gt h e d i s p e r s a n ta n da d j u s t i n gt h ep h ，w ea n a l y s i sa n dt h es u s p e n s i o ns t a b i l i t yo fs i 0 2 - w a t e r n a n o f l u i d sb yt h em e a s u r e m e n t so ft h el a s e rp a r t i c l es i z e ，a b s o r b a n c ea n dz e t ap o t e n t i a l ， d e t e r m i n ep r e p a r a t i o no ft h es i 0 2 - w a t e rn a n o f l u i d st h eo p t i m a lu l t r a s o n i cd i s p e r s i o nf o r5 h o u r s t h es u s p e n s i o ns t a b i l i t yo ft h es i 0 2 一w a t e rn a n o f l u i di st h eb e s ti nt h ec o n d i t i o n 2 、t h es i 0 2 一w a t e rn a n o f l u i d s t h e r m o p h y s i c a lp r o p e r t yp a r a m e t e r s 一一v i s c o s i t y ， t h e r m a lc o n d u c t i v i t y ，s u r f a c et e n s i o n ，w e t t a b i l i t ya n dc o n t a c ta n g l e ，t h ev a p o r i z a t i o nl a t e n th e a t ， b o i l i n gp o i n t ，a n ds a t u r a t e dv a p o rp r e s s u r ea r ee x p e r i m e n t e dt e s t w er e s e a r c ha n da n a l y s i st h e i n f l u e n c e so fs i 0 2n a n o p a r t i c l e sv o l u m ef r a c t i o n ，s i 0 2n a n o p a r t i c l e sp a r t i c l es i z ea n do t h e r v i i s i o ：水纳米流体热物性能及在热管中应用的研究 r e l e v a n tf a c t o r so nt h et h e r m o p h y s i c a lp r o p e r t yp a r a m e t e r so ft h es i 0 2 一w a t e rn a n o f l u i d s ，a n d m a k et h em e c h a n i s me x p l i c a t i o n 3 、s i 0 2 一w a t e rn a n o f l u i d sh e a tp i p ea r em a d eo fs i 0 2 - w a t e rn a n o f l u i d sa sah e a tt r a n s f e r w o r k i n gf l u i df i l l i n gi n t oh e a tp i p eo fc o p p e r t h eh e a tt r a n s f e rp e r f o r m a n c eo fs i 0 2 - w a t e r n a n o f l u i d sh e a tp i p ei se x p e r i m e n t a ls t u d i e du n d e rt h ec o n d i t i o n so fd i f f e r e n tg r a d i e n td e g r e e i ti sf o u n dt h a tt h es t a r t i n gt e m p e r a t u r e s ，p u l s e - o nt i m e sa n dt h e r m a lr e s i s t a n c e so fs i 0 2 一w a t e r n a n o f l u i d sh e a tp i p e sa r el o w e rt h a nh e a tp i p eo fw a t e ro fe l i m i n a t e di o n s s i 0 2 - w a t e r n a n o f l u i d sh a v eb e e ng r e a t l yi m p r o v e dt h eh 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 e s i 0 2 - w a t e r n a n o f l u i d sh e a tp i p eh a v eb e t t e rh e a tt r a n s f e rp e r f o r m a n c ew h e ni t p l a c e d t i l t e d3 0 。 s i 0 2 w a t e rn a n o f l u i d sh a v eg o o dh e a tt r a n s f e rp e r f o r m a n c ea sh e a tt r a n s f e rw o r k i n gf u i d f i l l i n gi n t oh e a tp i p e k e yw o r d s ：s i 0 2 - w a t e rn a n o f l u i d s ；t h e r m o p h y s i c a lp r o p e r t i e s ；h e a tp i p e 济南大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 随着科学技术和工业生产的迅速发展以及能源问题的日益突出，热交换设备的传热 负荷以及传热强度日益增大，热交换效率也亟待提高，对热交换设备的高效低阻和体积 小、质量轻等性能的要求也越来越高，对热交换过程应用的传热技术提出了更高的要求。 例如，航天器热平衡、超导体的高温冷却、薄膜沉积中的温度控制、以及大功率电子元 器件的散热等等。因此，迫切需要研制具有小体积、质量轻的高效低阻紧凑式的热交换 设备，满足高传热负荷高传热强度以及高换热效率和一些特殊条件下的传热要求。 近几十年来，国内外研究人员开展了大量的对流传热强化技术的研究工作，强化传 热技术获得了较快的发展和广泛的重视，取得的许多很好的研究成果，并且在实际工业 生产中得到广泛应用。 以往热交换设备强化传热技术的研究主要从强化换热表面、制造工艺等方面着手， 但是随着热交换设备的不断改进，换热工质的传热性能成为强化传热的主要制约因素。 传统的换热工质，如水、乙二醇、导热油等换热工质，由于其较低的传热性能已很难达 到某些特殊情况条件下的冷却传热要求，成为高效低阻紧凑式传热冷却技术研究过程中 的主要制约因素，需要从换热工质入手研制构建新型高效的换热工质。 众所周知，液体的导热系数往往比固体小几个数量级，表1 1 列出了室温下几种不 同物质的导热系数。因此，在液体中添加金属、非金属或聚合物固体粒子，悬浮有固体 颗粒的液体，与纯液体相比，将具有较高的导热系数。自从m x a w e l l e l 】理论发表以来， 许多学者为了提高换热工质的导热系数，对在液体中添加固体粒子以获得较高的导热系 数，进行了大量的实验研究和理论探索，并取得了很好的成果。然而，在这些大量的实 验研究中用的固体粒子都是毫米或微米级的，毫米或微米级固体粒子在液体中缺乏悬浮 稳定性容易产生沉淀，基本不能稳定悬浮在液体中，在实际应用中很容易引起磨损、堵 塞等不良结果，这就大大地限制了其在实际工业生产中的应用。 随着科学技术的迅速发展，纳米科学技术成为了新兴前沿学科领域，对社会经济发 展产生了重要影响，被普遍认为可能引领下一次工业革命。纳米科学技术是指在 o 1 l o o n m 尺度空间内，研究电子，原子和分子运动规律与特性的高技术学科；纳米科 s i 0 2 - 水纳米流体热物性能及在热管中应用的研究 学技术是现代物理学与先进工程技术相结合的基础上诞生的，是基础研究与应用探索紧 密联系的新兴高尖端科学技术【2 】。在纳米科学技术当中，纳米材料是基础和先导，研究 物质组成体系的运动规律和相互作用，以及在应用中实现特有功能和智能作用，其独特 的物理性能为传统产业的升级提供了新机遇。当物质小到1 l o o n m 时，由于其“量子 效应 、“表面效应”、“宏观量子隧道效应 和“介电限域效应”等效应的影响，物 质的性质发生变化。表现出不同于宏观物体和单个原子或分子的特殊性能。这样就使纳 米级的材料颗粒具有独特的热学性能和其他性能，使其具有了广阔的应用前景。 表1 1 几种典型物质的导热系数 2 0 世纪9 0 年代以来，研究人员开始探索将纳米材料技术应用于传热传质领域，研究 新一代高效换热冷却技术。研究人员将纳米颗粒以一定的方式和比例添加到传统的液体 换热工质中，制备成新一代的换热冷却工质。1 9 9 5 年，c h o i 3 】首次提出了纳米流体的概 念，从此之后，国内外的学者开始对纳米流体进行大量的深入的研究。研究的纳米颗粒 有金属纳米颗粒、非金属氧化物纳米颗粒以及碳化物或氮化物纳米颗粒等，基液有去离 子水，乙二醇，机油和其他各类溶液等，取得了很好的研究成果。纳米流体在提高换热 工质导热系数，以及在传热传质领域涉及到的对流换热和沸腾换热具有显著的效果。研 究发现，在乙二醇中加入0 3 体积分数尺寸为1 0 n m 的c u 4 】纳米颗粒，纳米流体的导热 系数较乙二醇提高4 0 ；在石蜡油中加入体积分数仅为1 的纳米碳管c n t s 5 1 ，纳米流体 的导热系数提高1 5 0 。纳米流体可用于发动机、焊接设备、高热流设备和大规模集成 电路微孔道的冷却换热工质，如美国心g o n n e 实验室的l e e 6 】等用纳米流体构筑高效冷却 系统，解决晶体硅镜片的散热问题。结果显示，在最优化条件下，减小了热交换器的热 阻，增大了热流密度，大大提高了传热效率。正因如此，纳米流体在传热传质领域具有 诱人的应用前景。为探讨纳米流体在传热方面的应用，本课题拟将以s i 0 2 - 水纳米流体为 研究对象，探索以s i 0 2 水纳米流体的制备工艺过程，测试与分析其热物理性能参数。并 将其应用于热管中，揭示s i 0 2 水纳米流体强化热管的传热效果，获取相关的实验研究数 据，为s i 0 2 水纳米流体的开发与应用奠定理论基础。 2 济南大学硕士学位论文 1 2 热管简介 我国从上世纪七十年代开展了热管的传热性能研究以及热管的应用研究。此后在各 个工业领域，热管技术得到日益深入的应用。不仅在余热回收、节能方面取得了显著地 经济效益和社会效益，而且在航天航空领域、传统传热传质设备改造及更新换代和电子 元器件冷却方面显示出广阔的应用潜力。图1 1 和图1 2 为热管在电子元器件冷却方面 的应用。 图1 1 热管散热器风冷c p u 图1 2 热管散热器水冷硬盘 热管是一种高效的传热元件，能够实现热量在小截面大距离地传输。普通热管结构 如图1 3 所示。典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，在填充液体用以液体工质润湿 热管内壁的吸液芯前，热管内被抽成0 0 1 加0 0 0 1 p a 的负压，加以密封封装。管的两端 为热管工作的蒸发段和冷凝段之一，中间可设置绝热段。当热管的一端受热时毛细芯中 的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再依靠毛 细力作用回流蒸发段，在这一过程中，热管实现了热量的传递转移。热管主要靠内部填 s i 0 2 水纳米流体热物性能及在热管中应用的研冤 充的液体工质的相变实现热量的传递，决定了其热阻很小，具有很好的传热性能；当热 管工作时，内部液体处于饱和蒸汽压力状态，蒸发端与冷凝端的压降较小，两端相应的 温度降低梯度也较小，因此热管具有较好的等温性能；当改变热管加热段与冷凝段对应 的加热冷却面积时，获得热管热流密度的改变，这样就实现了热管热流密度的可变性； 由于热管的两端均可以作为蒸发段或者冷凝段，这样就实现了热管热流方向上的可逆 性；如果在热管中充入适量的不凝结气体，就可以是使热管在输入热量大幅变化的情况 下，实现热管工作温度的恒温不变特性；根据热管的工作环境要求，可以把热管制作成 和工作环境相适应的形状，也就实现了热管的环境适应性。 管壁吸液芯 l e l alc 蒸汽腔 图1 3 普通热管结构不恿图 现在热管常用的液体工作工质有酮、乙醇、乙二醇、水等。近几年来，研究人员已 经开展了将具有高大热系数的纳米流体应用于热管中的相关研究工作，取得了很好的效 果。研究表明，将纳米流体应用于热管，显著地改善了热管的传热性能。用s i 0 2 纳米 粉体制备的s i 0 2 水纳米流体的悬浮性能比较稳定、成本较低并具有较高的导热系数。 因此，本课题作为应用性研究，对s i 0 2 水纳米流体的制备技术与热物理性能及在热管 的应用进行深入的研究，获得的实验研究数据和研究成果具有重要的工程应用价值，为 进一步的实际应用奠定基础。 1 3 纳米流体的研究现状 国际上关于纳米流体的研究开始于二十世纪九十年代，随后我国也在纳米流体的研 究与应用方面取得了初步进展，但与国外的研究相比，还有一定差距。目前国内外研究 者在进行纳米流体的制备、导热系数和传热性能测试研究的同时，正在开展纳米流体强 4 济南大学硕士学位论文 化传热机理以及基础应用的研究工作，已进行的研究工作显示了纳米流体在传热换热领 域具有广阔的应用前景。 1 3 1 纳米流体制备的研究现状 单步法和两步法为制备纳米流体的两种方式。单步法是指纳米流体在制备纳米颗粒 的同时获得，并将纳米颗粒稳定地分散。c h o i 等人【7 1 单步法制备了纳米流体悬浮液，具 有纯度高、较好的分散性和较高悬浮稳定性，但成本高不适宜实际应用。两步法是指在 制备纳米流体之前，首先是纳米颗粒制备，再将其分散于基液中，纳米颗粒和纳米流体 的制备是分步完成的。此方法制备纳米流体程序简单，成本低，适用于制备几乎所有的 纳米流体。相比较而言，虽然两步法较适合于实际应用，但其制各的纳米流体悬浮稳定 性不及单步法制备的纳米流体，必须采用一定方式的分散技术，解决纳米流体的悬浮稳 定性问题8 1 ，使纳米粒子均匀、稳定地分散在液体介质中，形成分散性好、稳定性高、 低团聚的纳米流体。 e a s t m a n 等人【9 1 采用化学气相沉积法一步制备t c u o 水和c u 机油等多类型纳米流 体。朱海涛等人用单步法，通过湿化学法把纳米颗粒的制各的同时分散在基液水和乙 二醇中，制备了c u o 7 9 和c u 乙二醇纳米流体。l i u 等人采用7 , 酸铜 c u ( c h 3 c o o ) 2 水 溶液通过化学反应直接制备tc u 水纳米流体。王涛等【1 2 】采用醇盐水解法，通过控制水 解条件，获得高纯粒径颗粒均匀的纳米s i 0 2 颗粒，制备了s i 0 2 纳米粒子粒径和浓度可控 的s i 0 2 水纳米流体。 z h a n g 等人【1 3 】采用两步法，通过使用添加分散剂和超声分散的手段制备获得悬浮稳 定f l 勺c u o 纳米流体。l i 等人【1 4 】采用两步法，使用分散剂制备y c u 水纳米流体。h o n g 等 人 1 5 采用两步法，将f e 纳米粉末分散在乙二醇( e g ) 基液中，制备了f e - l - 醇纳米流体。 c h o i 等 5 1 和l i u 等人 1 6 】采用两步法，合成了碳纳米管并制备了碳纳米管纳米流体。a s s a e l 等人【1 7 】采用添加分散剂十二烷基苯磺酸钠，经超声振动制得碳纳米管水纳米流体。宣 益民等人【1 8 】采用两步法，添加分散剂月桂酸酯，制备了粒径为1 0 0 n m 体积分数为2 5 7 5 的c u 水纳米流体。 1 3 2 纳米流体热物理性能的研究现状 纳米流体热物理性能主要包括黏度、表面张力、导热系数、沸点、比热容、饱和蒸 汽压和汽化潜热等参数。国内外研究人员对多种纳米流体热物理性能参数进行了大量的 s i 0 2 一水纳米流体热物性能及在热管中应用的研究 实验研究。 p u t r a 等人【1 9 】在不同剪切速率下，测量了平均粒径为1 3 1 2 n m 的舢2 0 3 水纳米流体的 粘度，结果表明，随颗粒体积浓度的增加，纳米流体的粘度增加，且远远大于基础液体 水的粘度；w a n g 等人【2 0 】对平均粒径为2 8 r l i l l 的a 1 2 0 3 水和a 1 2 0 3 乙二醇纳米流体的相对粘 度进行了实验研究，结果发现，随着纳米颗粒体积分数的增加，a 1 2 0 3 水和a 1 2 0 3 乙二 醇纳米流体的相对粘度都增加，而且具有相似的趋势；p r a s h e r 等人1 2 l j 对a 1 2 0 3 粒径为 2 7 n m 、4 0 n m 和5 0 n m 的a 1 2 0 3 丙二醇纳米流体粘度的影响因素，如剪切速率、温度、纳 米颗粒体积分数和纳米颗粒粒径进行了实验研究，发现纳米流体为牛顿型流体，其粘度 与纳米颗粒体积分数有很强的函数关系，实验测定得的粘度值远高于e i n s t e i n 模型的理论 预测值；n a m b u r u 等人【2 2 】对平均粒径为2 9 n m 的c u o 乙二醇水( 6 0 ：4 0 ) 混合物纳米流体进 行了实验研究，发现c u o 乙二醇水纳米流体也为牛顿型流体，而且随着纳米颗粒体积浓 度的增加，纳米流体的粘度相应地增加，另外氧化铜纳米流体的粘度随着温度的升高呈 指数降低，并提出了一种新的预测纳米流体粘度的方程式；n g u y e n 等人t 2 3 】对颗粒尺寸分 别为3 6 n m 和4 7 n m 的a 1 2 0 3 水纳米流体的粘度进行了实验研究，结果发现，当体积分数小 于4 时，两种粒径的舢2 0 3 水纳米流体粘度无明显差异，而当体积分数较高时，4 7 n m 的纳米流体粘度显著大于3 6 n m 的纳米流体粘度；d i n g 等a 1 2 4 5 f j c n t 水纳米流体进行了 实验研究，在不同剪切速率下测量了c n t 水纳米流体的粘度，发现某一剪切速率下， 粘度随着c n t 质量浓度的增加而增加，但是随着温度的降低而增加反常现象；m u r s h e d 等人 2 5 】对粒径为15 n m 的t i 0 2 水纳米流体进行了实验研究，测量结果发现，t i 0 2 水纳米 流体的粘度随流体温度的增加而急剧减小，随纳米颗粒体积分数的增加而增d l ：ll 郭顺松 等人【2 6 】在不同粒度和浓度条件下，对s i 0 2 水纳米流体的粘度进行实验研究，分析测量 结果发现在相同浓度条件下，随着s i 0 2 纳米颗粒尺寸的减小，s i 0 2 水纳米流体的粘度增 加；谢华清等人【2 7 】对a 1 2 0 3 水和a 1 2 0 3 乙二醇纳米流体的粘度进行了实验测量，并分析 7 p h 值、基液和纳米粒子的粒径与体积分数对纳米流体粘度的影响，发现a 1 2 0 3 水和 a 1 2 0 3 乙二醇纳米流体的粘度测量值远远大于理论公式预测值和基液对纳米颗粒悬浮液 的粘度有影响以及颗粒团聚使的悬浮液有较高的粘度；李俊明等人【2 8 】采用毛细管粘度计 法，对粒径为5 0 n m 的c u o 水纳米流体的表观粘度进行了测量，发现c u o 纳米流体的表 观粘度随着温度和体积浓度的增加而增加，以及在较低温度下，毛细管的直径可能对较 高体积分数的纳米流体的表观粘度有影响；王补宣等人【2 9 】采用毛细管粘度计，对平均粒 径为5 0 m t l 的c u o 水纳米流体的粘度，在不同温度下进行了测量，发现随着体积分数的 6 济南大学硕士学位论文 增加，c u o 水纳米流体的粘度先降低，而后近似线性地增加，添加分散剂显著增大c u o 水纳米流体悬浮液的粘度，并对经典e i n s t e i n 方程模型进行了修正；彭小飞等【3 0 】对粒径 分别在2 0 n m 1 0 0 n m 范围内的c u o 、a 1 2 0 3 、c u 、a 1 、s i 0 2 和t i 0 2 纳米流体，在不同的p h 值、分散剂和温度条件下测量了纳米流体的粘度，发现纳米流体的体积分数和分散剂质 量分数越大其粘度越大，p h 值对纳米流体的分散效果影响较大，分散效果最佳的纳米流 体其粘度较大以及纳米流体粘度较基液粘度增加在1 0 0 2 1 18 2 之间，并修正纳米流体粘 度理论预测公式，较好符合在低浓度条件下纳米流体粘度的理论计算。 e a s t m a n 等 3 l 】对粒径为2 5 n m 的s i 0 2 水纳米流体的表面张力进行实验测量，结果发现 添力, s i 0 2 纳米颗粒后，s i 0 2 水纳米流体的表面张力要比基液小，可近似采用s z y s z k o w s k i 公式来计算表面张力的变化；田春山等【3 2 】对不同浓度的t i 0 2 水纳米流体，采用焦利秤脱 拉法，测量其表面张力，并研究了浓度和温度对t i 0 2 水纳米流体表面张力的影响；帅美 琴等【3 3 】等对a 1 2 0 3 纳米流体的表面张力进行了实验测量，结果表明，纳米颗粒的加入降 低了基液的表面张力。 h o n g 等 3 4 】在分散剂添加十二烷基苯磺酸钠作用下，于水中添加体积分数为0 0 1 碳 纳米管和0 0 2 f e 2 0 3 纳米粒子，通过外加磁场对f e z 0 3 磁性作用，使得f e 2 0 3 纳米粒子紧 连碳纳米管形成规则分布，促使纳米流体的导热系数比基液提高5 0 ；c h o p k a r 等1 3 5 j 采 用两步法制得粒径为1 5 n m 体积分数为1 0 a 1 2 c u 水纳米流体，其导热系数比基液提高 7 0 以上，而在乙二醇中加入同样体积分数条件的a 1 2 c u 纳米颗粒制得a 1 2 c u 乙二醇纳 米流体，其导热系数比基液提高约5 0 ，实验表明水比乙二醇作为基液具有更好的导热 性能；l i u 等【3 6 采用化学还原法制备了c u - 水纳米流体，当体积分数为0 1 时，瞬态热线 法测得c u 水纳米流体导热系数比基液水的提高2 3 8 ；z h o u 等【3 7 】对c u o 水和c u - 7 烯基 乙醇纳米流体，采用瞬态热线法测量了其导热系数，结果表明体积分数为0 4 的c u o 水纳米流体的导热系数比水提高了1 7 ，而体积分数为0 3 的c u - 乙烯基乙醇纳米流体 的导热系数比基液提高了4 0 ；王涛等【3 8 】采用瞬态热线法测量并研究t s i 0 2 水纳米流体 的导热系数，当体积分数为1 3 的纳米流体其导热系数比基液提高了2 4 ；李艽等【3 9 】 不同体积分数和温度下，采用瞬态热线法测量了c u o 水纳米流体的导热系数，研究结果 表明温度对纳米流体热导系数的影响与纳米粒子的体积分数有关。 钟勋等人【4 0 】采用沸点测试仪，对丫氧化铝粒径为1 0 n m 、体积分数为1 5 的丫氧化 铝丙二醇水纳米流体的常压沸点进行了研究，结果表明 ，氧化铝纳米流体的沸点随着丫 氧化铝纳米粒子体积分数的增加而降低并低于采用的基液沸点。 7 s i 0 2 - 水纳米流体热物性能及在热管中_ 匝用的研冤 王补宣等【4 1 】通过弹性介质假设，利用e i n s t e i n 和d e b y e 模型建立了计算c u o 纳米颗粒 比热容的理论模型，提出了尺寸效应系数，与实验数据符合较好。彭小飞等吲对不同温 度、粒子浓度和粒径条件下的a 1 2 0 3 水纳米流体，采用比较量热法测量其比热容，结果 表明，温度、粒子浓度和粒径都对a 1 2 0 3 水纳米流体的比热容有重要影响，以及随着粒 子浓度的增加，a 1 2 0 3 水纳米流体的比热容降低，并给出了在常温下低粒子浓度纳米流 体比热容的预测公式；钟勋等【4 0 】研究了纳米流体的比热容，结果发现纳加入米粒子降低 了基液的比热容，随着纳米粒子体积分数的增加纳米流体比热容降低，随着温度升高纳 米流体比热容增大，1 2 0 时5 体积分数的纳米流体比热容比2 0 。c 时提