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R2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。      

混合纳米流体粒子比对热物性参数的影响及性能分析

为了研究氧化物混合纳米流体的粒子混合比对导热系数及粘度的影响,实验采用两步法制备Al2O3-CuO/乙二醇-水混合纳米流体,并用Hot Disk 2500S热常数分析仪及DV3T粘度仪测量了温度范围为20～60℃、20 nm Al2 O3与40 nm CuO颗粒体积比为20:80～80:20的导热系数和粘度值.结果表明,导热系数和粘度均随着小粒径氧化铝颗粒含量的增大而增大,但在粒子比为50:50时导热系数出现最低值.从纳米层结构和颗粒聚集形态分析可知,小粒径颗粒能很好地填充于大粒径颗粒形成的缝隙中,形成"20 nm Al2 O3粒子-基液分子-40 nm CuO粒子"界面纳米层,界面热阻降低,导热系数增大.但是,通过透射电镜图可知在粒子比为50:50时,各颗粒结合不好,形成的团聚体尺寸大,造成局部粒子空白区,导致导热系数下降.最后,分析纳米流体的综合传热性能,Al2 O3-CuO/乙二醇-水混合纳米流体在研究工况内均适合应用于层流流动与传热过程;在紊流时,由于流动扰动强度大,仅当粒子比小于40:60时适合应用于紊流流动与传热过程.     

粒径混合比对Al2O3/水纳米流体传热性能影响及评价

采用两步法制备体积分数为0.5%和1.0%的Al₂O₃/水纳米流体，研究20nm和50nm Al₂O₃纳米粒子的混合比对热导率和黏度的影响，并用c _μ/c _λ和Mo数来评价其综合传热效果，判断是否适用于实际传热过程。实验结果表明，有效热导率和相对黏度受团聚体尺寸影响较大。在体积分数为1.0%和混合比为50∶50时有效热导率的增幅最大，而混合比为（40∶60）～（60∶40）之间，相对黏度最低。这是因为此时团聚体的尺寸小，相应地沉淀速度慢，说明其分散性较好，形成局部粒子富集区，即“50nm固体粒子-20nm固体粒子-液体分子”的界面层，能产生高导热渗透通道及低热阻区，使热导率增大。在层流时，该纳米流体适用于实际传热过程中的范围为：体积分数0.5%和1.0%，混合比40∶60和50∶50，温度25～50℃。在紊流时，体积分数为0.5%和温度高于40℃时，混合比范围为(40∶60)～(60∶40)才适合使用此纳米流体。