新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制

1、新型高效纳米磁流体热管换热新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制装置的研制 汇报人：梁汇报人：梁 龙龙 文梦南文梦南 黄璟瑜黄璟瑜指导教师：张云峰、邹新元指导教师：张云峰、邹新元项目名称项目名称:新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制 研究背景研究背景项目方案项目方案主要内容主要内容 1.国内外研究现状国内外研究现状一、研究背景一、研究背景 纳米磁流体作为一种新型的传热介质倍受关注，美国、日本、英国的学者对此开展了大量的实验研究，我国很少对此进行研究。它具有如下特性：项目名称项目名称:新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制 具有

2、一般纳米流体的强传热特性具有特殊的磁化特性磁场能使磁性流体自然对流的传热系数，受迫对流的传热系数，沸腾传热的传热系数大大提高。 纳米磁流体能否做为一种新型传热介质应用于热管来进一步强化热管的传热性能？ 1.本装置实验测量外加磁场对磁性纳米流体及填充了该液质的真空热管传热的影响科学意义科学意义2.为热管式工业换热设备的开发研究提供一个方便的实验平台 2.研究意义研究意义一、研究背景一、研究背景3. 揭示磁场对磁性流体传热影响的机理。为今后磁性流体作为新型传热介质在工程应用打下理论基础项目名称项目名称:新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制现实意义现实意义开发高效

3、、紧开发高效、紧凑换热器凑换热器节能节能节材节材 2.研究意义研究意义一、研究背景一、研究背景项目名称项目名称:新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制微电子领域微电子领域强化制冷强化制冷体积更小体积更小集成度更高集成度更高 3.创新意义创新意义一、研究背景一、研究背景创新意义创新意义提出一种用纳米磁流体强化热管换热的新技术项目名称项目名称: :新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制项目项目方案方案1纳米磁流纳米磁流体的体的制备制备2纳米磁流纳米磁流体的实验体的实验测试测试3真空热管真空热管的的制作制作4纳米磁流体在真空纳米磁流

4、体在真空热管中传热特性的热管中传热特性的 实验台实验台设计设计5纳米磁流体在真空纳米磁流体在真空热管中传热特性热管中传热特性实验测试实验测试与分析与分析 1.纳米磁流体的制备纳米磁流体的制备二、项目方案二、项目方案（1）制作流程机械搅拌超声波分散加SDBS和油酸 水基磁性流体 项目名称项目名称:新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制纳米级磁性颗粒+基液体（如水、酒精、油）（2）实验装置 纳米流体制备系统图恒温超声波分散器电 子 搅 拌器磁流体磁颗粒的制备图片磁流体的制备图片二、项目方案二、项目方案 1.纳米磁流体的制备纳米磁流体的制备项目名称项目名称:新型高效

5、纳米磁流体热管换热装置的研制新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制2真空表1压力表3阀门4热管5支架6真空泵纳米流体制备系统图21加液口2真空表5支架6真空泵4热管3阀门纳米流体制备系统图1纳米流体制备系统图3项目名称项目名称:新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制 2. 真空热管的制作真空热管的制作二、项目方案二、项目方案3. 换热器的设计与制作实验台的构造实验台的构造主要主要1、热管换热系统、热管换热系统2、冷却系统、冷却系统3、测量系统、测量系统4、加热系统、加热系统5、加磁系统、加磁系统7、热电偶13、热管3、恒温水装置17、加磁线圈2、冷却水进口4 、

6、 流 量计16、保温层5、加温水进口14、绝热段1 、 换 热器6 、 蒸 发段18、冷凝段15、冷却水进口11、计算机系统10、加温水进口12、直流调压器9、支架8、热电偶多路巡检仪热管测试装置系统图热管测试装置系统图 4. 实验台的设计实验台的设计二、项目方案二、项目方案 5. 热管传热性能的关键影响因素热管传热性能的关键影响因素二、项目方案二、项目方案项目名称项目名称:新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制a)Fe3O4 纳米颗粒（粒径大小，浓度，分散情况等）。纳米颗粒（粒径大小，浓度，分散情况等）。b)外加磁场方向（与重力场方向的异同），强度。外加磁场

7、方向（与重力场方向的异同），强度。关键影响因素关键影响因素 1、磁场作用下的热管传热性能实验系统、磁场作用下的热管传热性能实验系统三、项目成果三、项目成果（左上图，保温层包裹下的热管换热装置和加磁线圈；左下图，温湿度巡检仪；右图，（左上图，保温层包裹下的热管换热装置和加磁线圈；左下图，温湿度巡检仪；右图， 实验装置整体实物图）实验装置整体实物图）项目名称项目名称:新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制项目名称项目名称:新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制 2、不同方向磁场作用下的磁流体热管的传热效果、不同方向磁场作用下的磁流

8、体热管的传热效果三、项目成果三、项目成果图1 外加沿轴向上磁场时磁流体热管冷凝 段进出口温差 随着磁场强度的增加，热管的换热性能先减小后增加，在磁场强度为134Gs时达到最小而后增加。分析原因是由于磁场方向与重力在热管轴向的分力方向相反，磁流体的表观密度随着磁场强度的增加先减小而后增加，因此磁流体内部的热对流也随之先减小后增强因而 导致热管换热性能的变化。 010203040506013.514.014.515.015.5t()时间(s) 0GS 41gs 134gs 194gs项目名称项目名称:新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制 2、不同方向磁场作用下的

9、磁流体热管的传热效果、不同方向磁场作用下的磁流体热管的传热效果三、项目成果三、项目成果图2 外加沿轴向下磁场时磁流体热管冷凝 段进出口温差 随着磁场强度的增加，热管的换热性不断增强，磁场强度为134Gs时与不加磁场时相比换热性能提高8%左右，分析原因是由于磁场方向与重力在热管轴向的分力方向相同，热管的表观密度随着磁场强度的 增加不断增加，磁流体处于超重状态，使磁流体内部的热对流得到强化因此热管的换热性能不断增加。010203040506014.414.614.815.015.215.415.615.8t()时间(s) 0gs 41gs 92gs 134gs项目名称项目名称:新型高效纳米磁流体热

10、管换热装置的研制新型高效纳米磁流体热管换热装置的研制四、应用前景四、应用前景应用前景应用前景1、开发紧凑、高效的热管换热器、开发紧凑、高效的热管换热器2、强化电磁元件或电气设备（如变压器、大功率扬声、强化电磁元件或电气设备（如变压器、大功率扬声器）的散热器）的散热团省委学校部部长廖梁辉对实验指导工作团省委学校部部长廖梁辉对实验指导工作与国防科技大学学生进行交流与国防科技大学学生进行交流致谢致谢： 首先首先感谢李录平教授、张云峰博士、邹新元老感谢李录平教授、张云峰博士、邹新元老师三位导师的精心指导！师三位导师的精心指导！ 感谢湖南省能源清洁转换与高效利用重点实验感谢湖南省能源清洁转换与高效利用重

11、点实验室为实验台搭建提供的便利条件及大力支持。室为实验台搭建提供的便利条件及大力支持。 感谢化学与环境工程学院材料实验室为实验用感谢化学与环境工程学院材料实验室为实验用纳米磁流体的配制给予的帮助。纳米磁流体的配制给予的帮助。 并向各位关心本课题的学院领导和各位老师、并向各位关心本课题的学院领导和各位老师、同学深表感谢！同学深表感谢！ 参考文献1 彭玉辉，黄素逸，黄棍剑. 热管中添加纳米颗粒J。化工学报，2004，11:1768-17722 彭玉辉，黄素逸，黄棍剑. 纳米颗粒强化热虹吸管传热特性的实验研究J。热能动力工程，2005，2:138-1423 刘俊红,顾建明,连之伟,刘辉. 水基磁性流

12、体竖直加热棒下的池沸腾传热实验研究J核动力工程, 2005,(01)4 熊建国,刘振华. 平板热管微槽道传热面上纳米流体沸腾换热特性J中国电机工程学报, 2007,(23).5 陶桢,何庆楠,李卫京,冯垒. 反光板对提高热管真空管热性能的研究J. 太阳能学报, 2003, (03).6. 张云峰，邹新元，刘正强等. 磁场强化池内油和水传热过程的实验J. 热科学与技术，2008，1。7 舒涛. 纳米流体在圆管型丝网热管中换热强化的实验研究D上海交通大学, 2008.8 郭广亮. 纳米流体强化小型热虹吸管换热特性的实验研究D上海交通大学, 2007. 9 李强纳米流体强化传热机理研究 J工程热物理

13、学报，2005，21（4）：46747010.Shung一Wen Kang，Wei一Chiang Wei et al.EXPerimental inestigation of silver nano-fluid on heat PiPe thermal Performance，APPlied Thermal Engineering，vo1.26，No.17一18，P:2377一2382，Dec.，200611 李中洲纳米技术在热虹吸管中的应用D华中科技大学硕士学位论文，2006.612 刘俊红，顾建明，刘 辉等纳米级固体颗粒应用于热管的试验研究J核动力工程，2005，26(3)：2682711

14、3 Xinfang Li , Dongsheng Zhu, Xianju Wang. Evaluation on dispersion behavior of the aqueous copper nano-suspensions. Journal of Colloid and Interface Science 310 (2007) 45646314 Dong-Wook Oh , Ankur Jain , John K. Eaton , Kenneth . Goodson , Joon Sik Lee. Thermal conductivity measurement and sedimentation detection of aluminum oxide nanofluids by using the 3x method. International Journal of Heat and Fluid Flow 29 (2008)