铜纳米流体的制备及微流动特性研究

采用混合法配制了铜纳米粒子质量分数分别为1％和2％的铜-水纳米流体，通过添加相同质量分数的十二烷基苯磺酸钠分散剂并施加超声振动，使纳米流体的粒子稳定悬浮时间达30-40h。实验研究了所配制的纳米流体在压力驱动下流经直径分别为25μm和50μm的不同长度微圆管道的流动特性，并与蒸馏水流动特性及理论估算值进行了对比，发现纳米流体流量-压力特性基本呈线性关系，与理论估算值存在一定偏差，这主要是由尺度效应等所致。

颗粒团聚对水基铜纳米流体导热系数影响机理研究

研究表明纳米颗粒团聚影响纳米流体的导热系数,但颗粒团聚对导热系数的影响机理尚不清晰.文中构建水基铜纳米流体模拟体系,采用平衡分子动力学方法分析颗粒团聚行为对纳米流体导热系数的影响规律与机理.结果表明,铜颗粒发生团聚导致纳米流体的导热系数升高.纳米流体体系中铜颗粒表面存在致密水分子吸附层,不同颗粒水吸附层间强吸引作用是颗粒相向运动与发生团聚的驱动力.通过分析影响纳米流体导热系数的动能、势能及应力贡献项发现,颗粒发生团聚后颗粒势能绝对值增加,是引起纳米流体导热系数升高的主要原因.

黏弹性流体基铜纳米流体流动与传热实验研究

成功建立了流体流动阻力和换热性能测试实验台,在45℃的流体温度下,对不同铜粒子体积分数和基液浓度的纳米流体在湍流状态下的对流换热特性和流动阻力进行了实验测量。实验结果表明:黏弹性流体基液中添加纳米粒子后,在降低对应基液减阻率的同时能明显增强传热性能.例如,将1.0%体积分数的铜纳米粒子添加到质量分数为6×10^(-4)的基液中所形成的黏弹性流体基纳米流体其综合性能指数K=0.47,表现了很好的传热强化和减阻性能.

纳米铜粉在太阳能集热器循环工质中的分散

以阿拉伯树胶和六偏磷酸钠为分散剂,以乙二醇水溶液为分散介质,采用球磨分散法制备用作太阳能集热器循环工质的铜纳米流体。通过分光光度法和沉降法研究分散剂含量和球磨时间等因素对铜纳米流体稳定性的影响。结果表明,阿拉伯树胶和六偏磷酸钠均能有效的分散铜纳米颗粒,得到均匀、稳定的铜纳米流体。当用阿拉伯树胶作分散剂时,质量分数为0.25%、球磨时间为6h时,分散效果最佳。用六偏磷酸钠作分散剂,质量分数为0.1%、球磨时间为2h时,分散效果最佳。阿拉伯树胶对铜纳米颗粒的稳定分散作用主要是通过空间位阻机制来实现的,而六偏磷酸钠对铜纳米颗粒的稳定分散作用则主要是通过静电稳定机制来实现的。

铜-水基纳米流体环路热管太阳能热水系统的实验研究

采用“二步法”制备了铜水基纳米流体,并对纳米流体进行了透射电镜分析。对不同质量浓度下(0.1%、0.15%、0.2%)铜水基纳米流体的环路热管太阳能热水系统进行了实验研究,分析了环路热管太阳能热水系统中的水箱水温变化、瞬时光热效率,并与去离子水系统进行了对比分析。实验结果表明,纳米铜颗粒的加入增加了液体的导热系数,铜水基纳米流体更适合作为太阳能重力环路热管热水系统的相变传热工质,且存在一个最佳的纳米流体工质质量浓度(最佳质量浓度为0.15%),可使得环路热管热水系统的传热性能最佳。

铜-水纳米流体流动与对流换热特性

建立了测量纳米流体流动与传热性能的实验系统,测量了不同粒子体积份额的Cu-水纳米流体在层流与湍流状态下的管内对流换热系数和摩擦阻力系数,详细讨论了Reynolds数和纳米粒子体积份额对纳米流体对流换热系数和摩擦阻力系数的影响.实验结果显示,在液体中添加纳米粒子显著增大了液体的管内对流换热系数,而纳米流体的阻力系数并未增大.例如,在水中添加2.0％体积份额的Cu纳米粒子,相同Reynolds数条件下,纳米流体的对流换热系数比水增大了约60％.综合考虑影响纳米流体对流换热的多种因素,提出了计算纳米流体对流换热系数的关联式,通过比较关联式的计算结果与实验数据,表明关联式正确地描述了纳米流体对流换热过程,可以用来计算纳米流体的对流换热系数.