蒙脱石纳米片/水纳米流体强化传热研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)



纳米材料是结构单元尺寸介于1nm~100nm的材料,如零维的纳米粒子、一维的纳米线、二维的纳米膜[1]。纳米材料因其表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应,显示出特异的光、电、磁、热、力、化学和生物性能[2],不仅在高科技领域有着举足轻重的地位,也给传统产业带来了新的机遇和活力。

随着纳米材料科学的迅猛发展,研究人员尝试将纳米材料技术应用于强化传热领域,探索新一代高效传热及冷却技术。1995年,美国Argonne国家实验室的Choi[3]等率先提出纳米流体的概念,即将金属或非金属纳米颗粒按照一定比例和方法分散到液体介质(基液)中所形成的稳定悬浮液。并与Eastman[4]等实验发现,在水基液中添加氧化铜纳米颗粒,形成的纳米流体导热系数比水基液提高60%以上,强化传热效果显著。纳米流体具有强化基液的传热能力,大幅度提高基液导热系数的特性,其原因可以归纳为[5-7]:(1)固体颗粒的加入改变了原来基液的传热结构.基液一般都是由非金属液体分子构成,热量传递在非金属液体分子之间进行,其导热系数由液体分子本身的导热性决定。在基液中添加纳米颗粒,由于固体粒子的导热系数比液体大很多,可以增强混合物内部的热量传递,使得纳米流体整体导热系数比基液大。(2) 微对流现象的存在增强了粒子与液体间热量传递过程.当液体中存在着悬浮的微粒时,微粒不断地受到周围流体分子的碰撞,引起微粒无规则的运动(布朗运动),使得粒子与其周围液体间产生微对流现象,增强了纳米流体的能量传递能力。

纳米流体在强化传热领域显示出巨大的应用前景。Tsai[8]等在铜热管中分别加入金纳米流体与去离子水,实验结果表明,以去离子水为工质的热阻值为0.27℃/W,而由金纳米流体填充的热管热阻值为0.17℃/W,降低约37%。郑兆志[9]等用Cu-H2O纳米流体平板作为太阳能热水器的集热工质,实验结果显示:当纳米流体中Cu的粒径为25nm时,质量分数为0.10%时,集热效率比水工质提高了23.83%。美国密苏里大学热管研究中心的Ma[10]等将体积比为l%的金刚石纳米流体加入到振荡热管中,实验结果发现:热导率从0.5813W/(m·K)上升到1.0032W/(m·K)。

然而,纳米颗粒粒径小且比表面积大,在基液中极易团聚而沉降,进而破环纳米流体的稳定性,严重影响纳米流体在实际生产中的应用。Zafarani-Moattar[11]等将ZnO纳米颗粒分散到聚乙二醇的水溶液中,制备出ZnO-聚乙二醇纳米流体,实验发现其只能稳定140min左右。提高纳米流体的稳定性是纳米流体应用中必须要解决的问题,目前常用的方法有物理方法、化学方法、物理化学混合方法[12-13]。

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