纳米流体在水平直管内的对流换热实验

准备了4种不同浓度的CuO-乙二醇纳米流体。首先将纳米颗粒与乙二醇液体(50%乙二醇和50%水混合液)直接混合,然后在其添加分散剂,经过超声波振荡和机械搅拌制备了纳米流体。最后再将其注入到实验循环系统当中,进行换热特性的实验测量。结果表明:纳米流体与基液相比其换热效果更加明显,其换热系数伴随着纳米流体质量分数的增加而增大。而当以纳米流体为冷却介质时,纳米流体质量分数越大其泵功的损失也就越大,而且当纳米流体质量分数小于0.50%时其换热效果的提高并不明显。当CuO-乙二醇纳米流体体积分数为0.50%时,压降提高了8.23%而换热系数提高了23.18%,其综合效益最好。     

掺杂石墨烯纳米片对硝酸熔盐比热容的影响

以硝酸钠、硝酸钾和亚硝酸钠组成的三元熔盐为基液,制备了掺杂石墨烯纳米片的混合熔盐.采用差示扫描量热法测量了基液和混合熔盐纳米流体的比热容,研究了石墨烯纳米片的质量浓度对硝酸熔盐比热容的影响.结果表明,当石墨烯纳米片质量分数为1%时,熔盐纳米流体的比热容可提高7.5%.     

纳米流体导热系数影响因素分析

为了全面分析纳米流体的稳定性及导热系数影响因素,采用两步法配置了以去离子水和乙二醇为基液的氧化铝纳米流体,并添加了不同种类的分散剂.利用紫外可见分光光度计对纳米流体吸光度值进行测试,并基于Hot Disk热物性分析仪测试其导热系数.结果表明：吸光度法可有效评价纳米流体稳定性,但需要考虑分散剂对基液吸光度值的影响.超声波振荡可破坏粒子团聚,且当超声时间为1h时纳米流体稳定性最佳.分散剂、粒子体积分数、温度、基液等因素均会影响纳米流体的导热性能.当温度为50益时,添加质量分数0.2%的PVP分散剂,体积分数为0.5%的氧化铝-水纳米流体导热系数提高约20%.纳米流体可有效提供工质导热系数,提升系统散热性能.     

氧化铝纳米流体在车用热交换器中的试验研究

研究纳米流体在车用热交换器中的强化传热效果,测试不同纳米粒子体积分数的氧化铝纳米流体在板翅式机油冷却器中的传热和流动特性,并与水、防冻液（乙二醇）及纳米流体基础液体进行对比.试验结果表明,在同一热交换器中,纳米流体的传热系数明显高于其他3种液体.当冷、热侧介质温度为90和120 ℃时,纳米粒子体积分数为5%的纳米流体的传热系数分别比水、乙二醇和基础液体提高6.52%、18.88%和24.62%;当冷、热侧介质温度为120和135 ℃时,体积分数为5%的纳米流体的传热系数比体积分数为1%的纳米流体提高104.72%.在试验条件下,热交换器的换热量随纳米粒子体积分数的增大而增大,但流动阻力并未明显增加,初步证明了纳米流体应用于车用热交换器的可行性.     

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.     

纳米流体热导率试验

采用自行设计的瞬态热线装置，测试了不同种类纳米流体的热导率，分析研究了粒子体积分数、粒径、温度、分散剂等因素对纳米流体热导率的影响.结果表明，低体积分数纳米流体的热导率比基液有较大幅度的提高，最大可达40%左右；纳米流体的热导率随着粒径的增大而减小，随着粒子体积分数的增大、温度的升高而增加，且分散效果越好的纳米流体热导率越大.试验热导率值大于常规固液混合物的H-C模型预测值，表明纳米流体具有不同于一般固液混合物的独特的优良导热特性.     

汽油混氢内燃机稀燃性能的仿真研究

在进气混氢体积分数为0、1%、3%和6%的条件下进行了汽油混氢发动机在低速、低负荷以及稀燃时的内燃机台架试验.根据试验得到的不同工况下发动机的缸压、进气流量及平均有效压力等数据对基于AVL Boost软件所建立的汽油混氢内燃机仿真模型进行了标定.利用该模型对相同进气压力、不同混氢体积分数和不同过量空气系数的条件下汽油混氢内燃机的稀燃性能进行了仿真.结果表明,混氢对稀燃时发动机低速、低负荷工况的燃烧过程改善效果较为明显,随着混氢体积分数的增加,稀燃时发动机指示热效率和做功能力均有所提高.相同混氢体积分数下,随着过量空气系数的增大,缸压峰值降低,缸压峰值所对应曲轴转角位置推迟.稀燃时,混氢后发动机火焰发展期和传播期明显缩短,缸压峰值升高且缸压峰值所对应的曲轴转角也有所提前.     

碳纳米管纳米流体对液冷式CPU换热性能的改善

针对液冷式CPU（central?processing?unit）散热器散热效果差的问题,设计了液冷式CPU散热器的换热性能实验系统. 该实验系统使用基液丙二醇-水,Al2O3纳米流体和多壁碳纳米管（MWCNTs）纳米流体进行换热实验,采用单变量法对实验条件进行控制. 当加热功率为18.26 W时,基液丙二醇-水的热阻值为0.859 ℃/W,质量分数0.135%的Al2O3纳米流体的热阻值为 0.751 ℃/W,质量分数0.135%的多壁碳纳米管纳米流体的热阻值为0.739 ℃/W,质量分数0.32%的MWCNTs纳米流体的热阻值为0.457 ℃/W. 结果表明:在基液中添加纳米粒子能提高基液的换热能力,MWCNTs纳米流体的换热效果随着质量分数的增加而增强.     

水基碳纳米管纳米流体在矩形腔内的自然对流传热

为了评估碳纳米管在强化传热技术中的应用潜力, 采用实验方法研究水基碳纳米管纳米流体在矩形封闭腔内的自然对流传热性能, 由实验得到瑞利数为1.92×105～2.52×106范围内不同颗粒体积分数的纳米流体沿矩形封闭腔热流方向的平均努塞尔数分布.采用瞬态热线法和旋转黏度仪测量水基碳纳米管纳米流体的导热系数和黏度,探究纳米流体导热系数和黏度与纳米颗粒体积分数的变化关系,分析纳米流体导热系数和黏度对纳米流体自然对流传热的影响.结果表明:在封闭腔内纳米流体沿热流方向的平均努塞尔数随着瑞利数的增加而增大,封闭腔内对流传热不断增强;与水的自然对流传热相比,在低瑞利数(Ra＜8.5×105)时,纳米流体自然对流传热效果随着颗粒体积分数的增加而增强;在高瑞利数(Ra＞8.5×105)时,体积分数为0.48%的纳米流体的平均努塞尔数比水大,自然对流传热得到强化,而体积分数为1.45%的纳米流体的平均努塞尔数比水小,自然对流传热减弱.     

纳米流体流动传热性能的实验与模拟研究

为了研究高温冷却条件下,γ-Al2O3-PG90纳米流体作为冷却介质在一车用机油冷却器内的流动传热性能,采用三维k-ε湍流模型,应用块结构网格生成技巧,融合流固耦合研究方法和薄壳导热模型数值模拟了纳米流体的性能,进行了基液与纳米流体的性能对比计算,分析了纳米粒子体积分数对性能的影响,考察了纳米流体物性预测模型的普适性,并研究了将纳米流体视为单相流体进行性能分析的可行性,通过实验测试得到了性能数据.研究发现:与基液相比,纳米流体强化换热效果明显,流动阻力有所增加,随着纳米粒子体积分数的增加,传热性能提高,流动阻力增加,说明该物性预测模型不能普适,当纳米粒子体积分数大于3%时,将纳米流体视为单相流体的性能研究结果与实验数据偏差较大,可能原因是单相流体流动无法反映较多的粒子之间的相互作用.     

内置扭带管Cu-水纳米流体的流动和传热特性

为了研究纳米流体在内置扭带管表面传热特性及流动特性,设计并建立一套纳米流体表面传热实验系统,Reynolds数(Re)在2 000-7 000的范围内,分别对质量分数为0.1%,0.3%和0.5%的Cu-水纳米流体在不同扭转比的内置扭带管中的传热特性进行实验研究。结果表明:随着Re增加,Cu-水纳米流体和去离子水的沿程阻力系数均减少;水的沿程阻力系数小于Cu-水纳米流体,内置扭带管的沿程阻力大于光管,且随着扭转比的增大而减少;Nusselt数(Nu)随Re和纳米颗粒质量分数的增大而增大;Cu-水纳米流体的Nu比水高,质量分数为0.5%的Cu-水纳米流体在Y=3.5与Y=5.5的内置扭带管的增强幅度分别为2.29与2.14;内置扭带管的Nu比光管大,且随扭转比增大而减少。     

SiC-水纳米流体在微小通道中的流动和换热特性

为了解决传统换热工质导热系数和传热性能不高的问题,以Si C-水纳米流体为工质,研究了不同体积分数(0.001%、0.005%、0.01%、0.1%、1%)的Si C-水纳米流体在多孔微通道平行流扁管中的单相流动和换热特性.该扁管矩形通道的水力直径为2.08 mm,实验Re大约为150~5 200.研究结果表明:随着体积分数的增加,纳米流体的Nu呈现先增长后下降的趋势;体积分数为0.01%的Si C-水纳米流体在Re≈5 200时,Nu增长最大,增长率达到80.8%;纳米流体起到强化换热效果的同时,伴随着阻力增加.     

石墨烯对水泥净浆力学性能及微观结构的影响

为改善石墨烯纳米材料疏水性,采用硝酸氧化和超声波法制备石墨烯分散悬浮液,考察石墨烯质量分数对水泥净浆力学性能及其微观结构的影响,探讨石墨烯的增强增韧作用机制,结果表明,水泥基复合材料的抗压、抗折强度随着石墨烯质量分数的增加呈先增大后减小的趋势,且最佳质量分数为水泥质量的0.02%.通过SEM和FT-IR对硬化水泥石的结构进行表征,发现石墨烯能够促进水泥水化产物的生长,改变水化晶体的形状、尺寸,使其有形成完整、簇状的趋势,但并未与水泥发生化学反应,改变其生成物类型.     

氧化铜/石墨烯纳米流体的制备及光吸收-光热性能

采用湿化学方法制备得到氧化铜纳米颗粒,进而制备氧化铜纳米流体并与石墨烯纳米流体复合得到CuO/G纳米流体.利用X-射线衍射、透射电镜、紫外-可见分光光谱仪等测试方法对样品进行表征.CuO/G纳米流体在太阳光波段显示出比氧化铜纳米流体和石墨烯纳米流体更加优异的光吸收性能,随着石墨烯含量的增加,CuO/G纳米流体的辐照度逐...     

二硒化钨-银/氮掺杂石墨烯纳米复合光催化剂的制备及其降解有机废水

利用Hummers法制得了氧化石墨烯,通过固相合成法制备了二硒化钨,采用常温还原法制备银纳米粒子,将制备的二硒化钨、氧化石墨烯和尿素按照一定比例混合,通过水热合成法制备二硒化钨-氮掺杂石墨烯复合物,以制备的纳米复合物为原料,与银纳米粒子在乙二胺中超声复合得到二硒化钨-银/氮掺杂石墨烯纳米复合光催化剂。利用SEM、XRD、TEM等方法对制备的纳米材料进行了表征。通过光催化降解亚甲基蓝溶液研究复合光催化剂催化性能。实验结果表明:复合光催化剂中银的质量分数为20%时,降解浓度为4.0×10-5 mol·L-1的亚甲基蓝溶液,降解效果最佳,可达到97.8%,高于单纯的二硒化钨和传统的二氧化钛光催化剂。同时复合光催化剂对甲基橙、罗丹明B溶液也具有较好的光催化降解作用,降解浓度为4.0×10-5 mol·L-1的甲基橙、罗丹明B溶液的降解率分别为56.3%、62.3%左右。     

石墨-水纳米流体对流换热特性的实验研究

使用自行设计的测量纳米流体流动与对流换热性能的实验装置,测量了含有不同体积分数纳米石墨的石墨-水纳米流体雷诺数在3 000~6 500范围内的对流换热系数。实验结果表明:石墨纳米颗粒的加入提高了水的对流换热系数;石墨纳米颗粒在水中的体积分数与对流换热系数近似呈线性关系;努塞尔数Nu随着雷诺数的增大近似线性增大;流动状态下的纳米粒子本身的无规则运动和热散射对对流换热系数的提高有显著影响。     

Al2O3纳米流体液滴撞击壁面的动力学行为数值研究

针对纳米流体液滴撞击固体壁面的动力学行为,建立基于相场方法描述液滴动态过程的二维数值模型,引入Kistler动态接触角模型以模拟铺展过程中液滴动态接触角变化以及三相接触线的迁移. 通过模拟分析液滴铺展因子、无量纲高度的变化研究不同纳米颗粒体积分数、惯性力和液滴直径等因素对水基Al₂O₃纳米流体液滴撞击壁面的铺展回缩过程的影响机制. 结果表明：超过一定体积分数的纳米颗粒使流体表现出明显的剪切稀化特性,增加液滴的黏性耗散,抑制液滴的铺展回缩过程;液滴撞击速度的增加会增大其撞击壁面时最大铺展直径和达到稳定状态的耗时,直径的增加使液滴振荡周期加长;体积分数为4%的纳米颗粒可以抑制上述两者带来的影响,使液滴更快到达稳定状态.     

SiO_2纳米流体透射率影响因素实验研究

利用高压微射流法制备了多种SiO2纳米流体,并用分光光度计结合积分球原理测试了不同粒径、不同体积分数及不同光程下SiO2纳米流体在太阳能辐射全波段的透射率.比较实验结果发现,SiO2纳米流体的颗粒粒径,以及其体积分数的不同对纳米流体的透射率有不同程度的影响.通过定制不同厚度的样品池,测试不同光程下SiO2纳米流体的透射率.实验发现:7nmSiO2纳米流体的透射率随光程的变化仍符合朗伯-比尔定律,而40nmSiO2纳米流体由于颗粒散射加剧导致结果偏离朗伯-比尔定律.     

石墨烯增强铝基复合材料制备及力学性能研究

针对石墨烯在铝基体中分散不均匀的问题,采用电荷吸引的方法,将用Hummers法制备的带负电荷氧化石墨烯加入到表面处理后带有正电荷的铝粉中,得到氧化石墨烯/铝复合粉末,最后采用粉末冶金制备出石墨烯增强铝基复合材料.使用扫描电子显微镜,X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪等对石墨烯增强铝基复合材料的显微组织和力学性能进行研究.实验结果表明:石墨烯均匀的分散在复合材料中,相比于纯铝,石墨烯的质量分数仅为0.5%时,石墨烯增强铝基复合材料的维氏硬度和抗拉强度分别提高了19.7%和20%.     

Fe_3O_4-水纳米流体对流换热特性的实验研究

建立了纳米流体传热性能的测试系统,测试了不同体积分数的Fe3O4-水纳米流体在雷诺数为3 000-10 000内的管内对流换热系数。实验结果表明,在水中添加Fe3O4纳米粒子增大了管内对流换热系数,增加了液体的传热效果;影响纳米流体对流换热系数的主要因素有纳米粒子的浓度及纳米粒子导热系数。