石墨烯/铜混合纳米流体对微量润滑车削304不锈钢的影响

为了揭示纳米粒子的协同作用机理,以少层石墨烯为载体,纳米铜作为负载金属粒子,在可生物降解润滑油基础上,分别采用分子水平混合和机械混合方法制备了石墨烯/铜混合纳米流体。在确定的石墨烯/铜比例及纳米粒子的质量分数条件下,进行了微量润滑切削AISI 304不锈钢的单因素试验研究。结果表明,配方合适的分子水平混合纳米流体协同润滑作用优于机械混合纳米流体,MQL加工时可降低切削温度,提高表面质量,减小刀具磨损。

混合纳米流体的对流换热及热经济性研究进展

综述了混合纳米流体在换热器中的对流换热及热经济性的研究现状。介绍了对流换热性能参数(总传热系数、对流换热系数、Nu数)的影响因素及变化机理。对混合纳米流体在换热器应用中的热经济性(热效率、熵产、火用损失、第二定律效率)进行了分析。

Al_(2)O_(3)-CuO/水混合纳米流体对流传热性能及热经济性分析

为了探究管内混合纳米流体单相对流传热性能,实验对比研究了雷诺数为1040~7086范围内体积分数为0.02%的Al_(2)O_(3)-CuO/水(W)混合纳米流体及其相应的一元纳米流体的流动与传热特性。结果表明,纳米颗粒的添加导致在过渡区雷诺数范围提前,在层流范围(1040<Re<1891)内,Al_(2)O_(3)/W和Al_(2)O_(3)-CuO/W纳米流体的Nu数与去离子水相比分别最大增加了32.09%和38.38%;而CuO/W纳米流体由于团聚体尺寸大,流体向前驱动力不足以克服自重易沉积于管内壁,传热效果反而比水差。在紊流范围(4073<Re<7806)内,受向前驱动力及流体分子自身旋转的作用,纳米流体的传热性能明显高于纯水,且混合纳米流体的综合传热性能最佳。综合考虑综合传热性能与经济性因素,在层流与紊流区内最适用于实际工业生产的纳米流体分别为Al_(2)O_(3)/W和Al_(2)O_(3)-CuO/W纳米流体。

三元混合纳米流体(TiO_(2)-SiO_(2)-MoS_(2)/煤油)流过旋转圆盘时的二次热辐射和Cattaneo-Christov模型

本文研究了Cattaneo-Christov模型(C-C模型)和对流边界条件下的二次热辐射对三元混合纳米流体(TiO_(2)-SiO_(2)-MoS_(2)/煤油)流过旋转圆盘过程的影响,并研究了Darcy-Forchheimer多孔介质和吸入/注射的影响。比较分析了三元混合纳米流体(TiO_(2)-SiO_(2)-MoS_(2)/煤油)与混合纳米流体(TiO2-SiO2/煤油)。通过von Karman转换将偏微分方程集合转变为常微分方程,并通过MATLAB中的bvp4c函数对其求解。图表结果反映了径向、切向速度和传热速度的变化。讨论了各种参数的影响,包括磁场、Forchheimer数、孔隙率参数、滑移参数、辐射参数、热弛豫、混合对流、吸入/注射、Biot数、发热/热吸收、体积分数。发现较高的辐射值和热弛豫参数可以提高传热速率。本研究将对使用纳米流体的学科领域具有一定的参考价值,如运输过程、旋转的机械系统、协同旋转的涡轮系统、增强型油回收系统、医疗等。

混合纳米流体余热回收装置强化换热机理综述研究

随着科学技术的进步,能源短缺问题日益严峻,传统的换热工质已经不能满足工业的需要,纳米流体作为一种新兴的换热工质受到越来越多的关注。而混合纳米流体作为单纳米流体的延伸,具有更全面更优越的性能。但是各颗粒之间的相互作用导致混合纳米流体的传热机制更加复杂,为了在实际中更好地应用混合纳米流体,所以研究影响混合纳米流体热导率的因素是必要的。介绍了混合纳米流体的制备方法以及影响混合纳米流体热导率的相关因素。

TiO_2-H_2O混合纳米流体的稳定性

采用水热合成法制备TiO_2纳米管(TiNTs)和纳米片(TiNSs),以不同浓度比将两种纳米颗粒分散在水中形成水基混合纳米流体,研究了纳米流体总浓度和两种纳米颗粒浓度比对混合纳米流体稳定性的影响。通过纳米颗粒沉降高度随时间的变化计算了纳米颗粒的相对沉降速率,并用沉降速率评价了纳米流体的稳定性。结果显示,纳米流体总浓度越大,纳米颗粒沉降速率越小,纳米流体越稳定;总浓度相同时,在TiNTs浓度高的情况下,混合纳米流体的稳定性较好且优于单组份TiNTs和TiNSs纳米流体,但在TiNSs浓度高的情况下,混合纳米流体的稳定性较差。测试了不同剪切速率下纳米流体的粘度;从粘度变化的角度解释了纳米流体总浓度与TiNTs和TiNSs浓度比影响纳米颗粒沉降速率的原因。

TiO_2球-管混合纳米流体的稳定性及导热性能

以TiO_2纳米球(TiNSs)和纳米管(TiNTs)为分散相,去离子H_2O为连续相,通过"两步法"制备混合TiO_2-H_2O纳米流体,研究了TiNSs和TiNTs浓度比以及纳米粒子总浓度对混合纳米流体稳定性和导热性能的影响。采用相对吸光度变化评价了混合纳米流体的稳定性,使用闪光法导热仪测量了混合纳米流体的导热系数。结果显示,混合纳米流体相对吸光度变化随TiNTs浓度增大先减小后增大,说明混合纳米流体稳定性先提高后下降;TiNSs和TiNTs浓度比相同时,混合纳米流体相对吸光度变化随纳米粒子总浓度增加而减小,说明其稳定性有所提高。制备完成后静置,混合纳米流体导热系数相比单组份TiNSs纳米流体下降幅度较小。从TiNSs和TiNTs间的空位作用力及粘度变化的角度分析了混合纳米流体稳定性变化的原因。

颗粒球形度对平行斜板混合纳米流体对流影响

以均匀热流引起的混合纳米流体在两平行斜板间的混合对流为研究对象,可以解析求解其速度场和温度场。纳米颗粒球形度和体积分数,以及摩擦系数和努塞尔数是影响混合纳米流体流动问题的重要因素,深入研究很有必要。计算表明,混合纳米流体可以显著提高传热性能,纳米颗粒球形度对混合纳米流体的流动影响显著,球形接触面积最大而具有最佳的传热性能。纳米颗粒的数量对改变传热特性至关重要,但当纳米流体达到饱和时,影响就可以忽略不计。

粒子迁移对混合纳米流体对流传热性能影响

为研究混合纳米流体管内对流传热性能,采用两步法制备Al_(2)O_(3)-CuO/水混合纳米流体,测量黏度与导热系数随温度及体积分数的变化,研究层流与紊流时对流传热性能。结果表明,对于静置的混合纳米流体,体积分数越高导热系数越大,布朗运动加快水分子和粒子间温度趋于一致的速度。当Al_(2)O_(3)-CuO/水混合纳米流体体积分数为0.03%,对流传热系数在雷诺数Re分别为2300和6530时比水增大了24.3%和20.3%,这主要源自于导热系数的增大和粒子迁移运动,流体受泵驱动向前运动,在近壁处流体温度高于管中心,热泳运动驱动粒子从高温区移向低温区,由于粒子导热系数大于水,温度梯度沿管径变化更平缓,使对流传热系数增大。

CuO-ZnO混合纳米流体导热系数影响分析

采用“两步法”制备了质量分数分别为1.0%,2.0%,3.0%,5.0%的CuO-ZnO混合纳米流体,制备过程中不添加分散剂。混合纳米流体选用乙二醇与去离子水作为基液,二者质量比(φv=EG:DW)分别为20:80,40:60,50:50,60:40和80:20,CuO与ZnO的质量比为温度范围从25℃到60℃,研究了不同比例基液、温度和质量分数对纳米流体导热系数的影响。结果表明:导热系数随混合纳米流体质量分数和温度的升高而增大。在温度为60℃时,质量分数为5.0%,基液比例φv为20:80的混合纳米流体导热系数增幅最大为26.1%。混合纳米流体的导热系数随乙二醇比例的增加而降低。实验还发现混合纳米流体导热系数与基液比例呈线性关系。

三元混合纳米流体稳定性及热性能

采用两步法制备体积分数为0.005%~1%的Al_(2)O_(3)-TiO_(2)-Cu/水三元混合纳米流体,粒子体积比为40∶40∶20。为了提高其稳定性,添加少量的PVP(0.005%)表面活性剂,并用XRD、TEM、紫外分光光度计和沉淀观察法共同表征纳米流体的稳定特性。测量温度为20~60℃的黏度和热导率,并与相对应的单一纳米流体作对比。试验结果表明,三元混合纳米流体由于各种粒子的粒径和表面能不同,小粒径的Al2O3颗粒填充在大粒径TiO_(2)和Cu颗粒形成的间隙里,可形成致密的固液界面层。三元混合纳米流体由于粒子的特殊排布,使其热导率明显高于相同体积分数下对应的单一纳米流体,黏度却无明显增大。当体积分数和温度分别为1%和60℃时,与Al_(2)O_(3)/水纳米流体对比,其热导率增大了5.5%,黏度下降了2.6%。热导率随温度和浓度的升高而升高;而黏度随浓度的升高而升高,随温度的升高而下降,这与单一纳米流体的性质一致。最后,基于试验数据,对热导率和黏度分别进行与温度的拟合,R^(2)分别为0.9835和0.9820,能较精确地预测Al_(2)O_(3)-TiO_(2)-Cu/水三元混合纳米流体的热导率和黏度。

C形腔内Ag/MgO-水混合纳米流体自然对流数值研究

以Ag/MgO-水混合纳米流体、Ag-水和MgO-水纳米流体为工作流体,对它们在C形腔内的自然对流进行了数值研究。综合分析了3种不同类型的纳米流体、Ra数、纳米粒子总体积φ及腔体冷热壁面长度比AR对自然对流换热特性的影响。数值计算结果表明,当Ra数较大及φ一定时,Ag/MgO-水混合纳米流体的换热效果最好,Ag-水纳米流体次之,MgO-水纳米流体的换热效果最差。随着Ra数和φ的增大,3种纳米流体的平均Nu数均增大。随着AR的增大,平均Nu数也增大。

三元混合纳米流体传热性能和经济性分析

采用两步法制备体积分数为1%的Al_(2)O_(3)-TiO_(2)-Cu/水三元混合纳米流体,粒子混合体积比φ(Al_(2)O_(3))∶φ(TiO_(2))∶φ(Cu)分别为40∶40∶20、30∶30∶40、25∶25∶50,研究粒子混合比对纳米流体的稳定性、传热能力与经济性的影响。实验结果表明,Al_(2)O_(3)-TiO_(2)-Cu/水三元混合纳米流体为非牛顿流体,黏度随温度的升高而下降,随体积分数的增大而增大。导热系数随温度和体积分数的增大而增大。对比经济性参数可知,当粒子比为40∶40∶20时,该纳米流体适合应用于层流和紊流中,且经济性最优。

倾斜方腔内混合纳米流体自然对流问题

【目的】研究方腔倾斜角度和Ra数对混合纳米流体流动与传热的影响机理。【方法】首先时间上采用Adams-Bashforth和向后差分结合的二阶半隐格式进行离散,其次采用改进的投影算法对速度和压力进行耦合处理,最后采用配置点谱方法求解所有的无量纲控制方程。【结果】经数值验证之后,通过改变方腔倾斜角度(0≤θ≤π/4)和Ra数(104≤Ra≤106),来分析对流场、温度场和Nu数的影响。发现随着方腔倾斜角度的增大,Nu数先增大后变小;随着Ra数的增大,流动与传热都增大。【结论】方腔倾斜角度为π/6和Ra数为10^(6)时,传热效果最佳。

微旋转切向双曲混合流体中悬浮混合纳米粒子的流变学

流体运动通过线性拉伸片而实现。本研究结合多种流动和热现象,如多孔介质、倾斜磁流体、焦耳热以及速度和热滑移因子,用数值方法研究了切向双曲混合纳米流体通过多孔薄片的微旋转效应。得到的数学公式是一组非线性耦合偏微分方程。为了得到近似解,引入了相似性变量。利用Runge-Kutta-Fehlberg 45 (RKF-45)和射门技术,得到主导微分方程的数值解。用图示法表示相关参数的物理意义。为了验证数值结果,与已经发表的数据进行比较。假设流体的流速随Weissenberg数和渗透率的增加而减小,流体的角速度随表面条件参数的增加而明显著加快。表面摩擦因数随Weissenberg数的增加而有效减小,随大的速度滑移参数的增大而增大。结果证实,较高的银和铜纳米颗粒体积分数具有提高流动流体导热率的潜力。混合纳米流体可广泛应用在工程中,比如核冷却、海水淡化、机加工、制冷、热交换器、太阳能集热器和发动机冷却等。此外,在微旋转切向双曲流体中混入纳米流体可提高系统的热能力,可将其应用于依赖热传递的机械系统。

MoS2/CNTs混合纳米流体微量润滑磨削加工表面质量试验评价

结合国内外对混合纳米流体微量润滑磨削的研究现状,研究二硫化钼和碳纳米管混合纳米流体微量润滑磨削镍基合金的工件表面质量。以工件表面粗糙度Ra值、表面轮廓曲线的自相关分析和工件表面微观形貌,作为表面质量表征参数。试验结果表明:纳米流体微量润滑由于纳米粒子高的强化换热能力从而避免了工件烧伤;混合纳米流体由于起到了'物理协同作用',较单一纳米流体得到了最低的表面粗糙度Ra值(0.311μm)和磨削温度峰值(52.8℃);随纳米流体质量分数的增加,表面粗糙度Ra值呈现上升趋势,这是由于质量分数的增加改变了微量润滑雾滴与工件的接触角,从而改变了浸润面积;而摩擦因数和磨削温度峰值在6%取得最低值后呈上升趋势,这是由于纳米粒子的团聚破坏了纳米流体性能。通过工件表面轮廓曲线的自相关分析进一步验证,纳米粒子在磨削区起到'润滑作用'和'微加工'作用,从而提高了加工精度。因此,综合磨削性能、表面粗糙度和自相关分析,选择混合纳米流体质量分数6%为纳米流体的优选质量分数。

方腔内Cu/Al_2O_3水混合纳米流体自然对流的格子Boltzmann模拟

纳米流体作为一种较高的导热介质,广泛应用于各个传热领域.鉴于纳米颗粒导热系数和成本之间的矛盾,本文提出了一种混合纳米流体.为了研究混合纳米流体颗粒间相互作用机理和自然对流换热特性,在考虑颗粒间相互作用力的基础上,利用多尺度技术推导了纳米流体流场和温度场的格子Boltzmann方程,通过耦合流动和温度场的演化方程,建立了Cu/Al2O3水混合纳米流体的格子Boltzmann模型,研究了混合纳米流体颗粒间的相互作用机理和纳米颗粒在腔体内的分布.发现在颗粒间相互作用力中,布朗力远远大于其他作用力,温差驱动力和布朗力对纳米颗粒的分布影响最大.分析了纳米颗粒组分、瑞利数对自然对流换热的影响,对比了混合纳米流体(Cu/Al2O3-水)与单一金属颗粒纳米流体(Al2O3-水)的自然对流换热特性,发现混合纳米流体具有更强的换热特性.

混合纳米流体在嵌入多孔介质中的垂直平板上自然对流传热的近似解析解

本文分析研究了混合纳米流体在嵌入饱和多孔介质中的垂直平板上的自然对流热传递。使用边界层理论和相似变换,将描述动量和能量守恒的控制方程简化为具有对流边界条件的耦合常微分方程组,然后应用同伦分析方法获得解析解,并且分析了混合纳米粒子对速度和温度分布以及简化的努塞尔数的影响。研究表明,同伦分析方法求解纳米流体的对流传热问题十分有效,通过求解近似解析解并对传热特性进行分析,能有效解决传热系统的设计、混合纳米流体的选取等问题,进而显著提高平板的传热速率。

广义混合流体中纤毛通过电渗透区的流动模拟

本文建立了一个广义纳米流体流动模型,研究磁流体中纤毛毯在通过电渗透通道时对其运输的作用,并对混合纳米流体的特性进行解释。通过假设长波长和低雷诺数估计,将流体的流动分析方程转换为无量纲形式;用数学解法得到速度分布、压力梯度和流函数的解析解;用图表表明相关物理参数的影响。该模型具有重要的应用价值,可应用于生物运输过程、人工纤毛设计和其他机械装置的操作等领域。

基于径向基神经网络模型预测CuO-ZnO/(乙二醇-水)混合纳米流体导热系数

采用两步法制备CuO-ZnO质量分数为0~3 wt%的CuO-ZnO/(乙二醇(EG)-水)混合纳米流体。其中,纳米颗粒CuO和ZnO质量比为50∶50不变,基液混合比(EG与去离子水的质量比)变化范围为20∶80~80∶20,分析其导热系数随温度(25~60℃)及基液比的变化规律。然后,以质量分数、温度及基液混合比为自变量,导热系数为因变量,采用径向基神经网络(RBFNN)模型预测导热系数,并与反向传播神经网络(BPNN)模型和多元线性回归(MLR)模型的预测值对比。结果表明,CuO-ZnO/(EG-水)纳米流体导热系数随温度的升高呈非线性增大,当CuO-ZnO质量分数为3 wt%及基液混合比为20∶80时,其导热系数与纯基液相比增大了14.03%~23.47%;但随着基液中的EG含量增大,导热系数非线性下降。总之,CuO-ZnO/(EG-水)纳米流体的导热系数受粒子随机运动和温度变化呈非线性变化。采用RBFNN模型预测CuO-ZnO/(EG-水)纳米流体的导热系数,其结果与BPNN模型和MLR模型对比,RBFNN模型性能评价指标均方根误差(RMSE)、平均相对百分比误差(MRPE)及误差平方和(SSE)更接近于0,多元统计系数R^2更接近于1,说明RBFNN模型预测导热系数的精度更高,能够较好地表征不同参数对导热系数的影响,为CuO-ZnO/(EG-水)纳米流体的热物理性能参数的预测提供了一种有效的数据驱动建模方法。