影响纳米流体导热系数实验测试的因素

导热系数是衡量纳米流体强化换热的最重要的参数,但在不同学者的研究中,对于同一种纳米流体所测得的导热系数却有很大差别。本文针对影响纳米流体导热系数实验测量的因素进行研究,在相同的实验条件下,分别运用Hotdisk导热仪和闪光法导热仪对水基二氧化钛纳米流体的导热系数进行了测量。实验结果表明,用Hotdisk法的测量结果比用闪光法测得的高21%～34%。通过计算分析发现:自然对流是引起纳米流体导热系数测量结果多变的重要原因之一。     

瞬态热丝法测量纳米流体的导热系数

推导了用双铂丝测量流体导热系数的瞬态热丝法的实验关联式,并据此设计实验装置,分析误差因素,给出了系统误差修正系数.用该装置测量了几种纳米流体的导热系数并作了相关分析.     

基于粒子吸附层的纳米流体有效导热系数模型

基于纳米粒子表面吸附层的分析,构建包含纳米粒子、分散剂层、类固相层和分散基液的导热单元,利用最小热阻法建立纳米流体的有效导热系数模型,推导出其表达式,并分别讨论纳米粒子粒径、分散剂层和类固相层对纳米流体的有效导热系数的影响。结果表明,考虑类固相层的影响得到的纳米流体的有效导热系数比不考虑其影响得到的数值大;添加分散剂后,纳米流体的有效导热系数随着分散剂导热系数的增大而增大,当纳米粒子较小时分散剂在纳米粒子表面的吸附层对纳米流体导热系数的影响更大。     

固相纳米复合材料的导热系数预测

研究了分散剂和纳米颗粒对固相纳米复合材料导热系数的影响。假设纳米颗粒在纳米流体中均匀分布,构建了一个考虑纳米颗粒尺度和分散介质影响的物理分析模型;并由此利用最小热阻力法则和比等效导热系数相等法则,建立了一个固相纳米复合材料的导热系数理论模型。计算结果表明,颗粒的体积分数和导热系数、以及分散剂导热系数的增大,都会引起复合材料导热系数的增大。     

纳米导热材料的研究进展

纳米导热材料的发展为日常生活和工业生产的传热节能提供了大的帮助。文章重点介绍了纳米流体、纳米导热聚合物的种类、制备以及在工业领域的应用,详细阐述了国内外的最新研究成果,分析了纳米导热材料的问题,展望了纳米导热材料的未来。     

导热高分子材料研究进展

讨论了提高聚合物导热性能的途径－合成高导热系数的结构聚合物，用高导热无机填料对聚合物进行填充复合。综述了导热高分子材料的研究成果：聚合物导热的基本概念和影响其导热性能的因素及导热系数的预测理论；聚合物基导热复合材料的选材、复合技术及其应用。指出了导热高分子材料的研究方向－－纳米导热填料的研究和开发；聚合物树脂基体的物理化学改性；聚合物基体与导热填料复合新技术的研究和开发；复合材料导热模型的建立、导热机理（特别是聚合物基体与导热填料界面的结构与性能对材料导热性能的影响）及导热通路的形成等；探索高导热本体聚合物材料的制备方法和途径等。对导热高分子材料的研究和开发有重要意义。     

采用3ω法测量多壁纳米碳管悬浮液的导热系数

为了减小瞬态热线法测量纳米流体导热系数时易受电磁干扰和自然对流等因素的影响,更好地探究新型换热工质的强化传热机理,研制了3ω法实验台,采用锁相放大器测得交流加热铂丝的3倍频电压响应,拟合算出待测液体的导热系数.先通过对常规液体蒸馏水、乙二醇以及酒精溶液的测量,验证了实验台的精度和可靠性.然后采用两步法合成了稳定性较高的多壁纳米碳管悬浮液,测得其各体积分数和各温度下的导热系数.实验结果表明,3ω法具有较好的电磁兼容性,测量时温升不超过0.5K,可以有效地减小对流传热和辐射传热的影响,且可以通过1ω电压来判断纳米流体的稳定性;纳米碳管悬浮液的导热系数比基液和Hamilton-Crosser预测值明显提高,并且分别随纳米碳管含量的增加和温度升高而加大.     

纳米流体复合水泥固结导热及力学性能试验研究

地热井固井水泥材料的力学强度及导热特性是目前众多研究者的关注重点。本工作开展了纳米流体复合水泥材料研制、固结导热特性评价及机理分析,选用铁粉为基本导热填料,研究了纳米流体种类、颗粒质量分数、纳米流体用量对铁粉复合水泥石力学及导热性能的影响,最终得出优化配方：G级油井水泥+15%铁粉(以水泥用量外掺)+20%Al₂O₃-水纳米流体(以拌合用水用量内掺,纳米颗粒质量分数0.5%,水灰比0.44)。性能测试结果表明：添加Al₂O₃-水纳米流体能够降低水泥石孔隙率,提高中、后期抗压强度,提升导热性能近32%,而干混式加入Al₂O₃纳米颗粒对水泥石力学强度及传热性能几乎无提升。观察了水泥石的微观结构,分析了其物相成分,对纳米流体复合水泥的固结导热机理进行了研究。分析结果表明：纳米流体中均匀分散的Al₂O₃纳米颗粒起到促进水化、填充孔隙的作用。纳米流体的使用为地热井固井水泥材料的力学及导热性能优化提供了新思路。     

纳米低温保护剂导热系数研究

用瞬态热线法测量了SiO2纳米粉体加入到浓度为10%、20%、30%、40%、50%的丙三醇溶液中制备成的纳米低温保护剂在260K~290K下的导热系数,研究纳米低温保护剂导热系数与纳米颗粒含量、保护剂浓度以及温度的关系。结果表明：随着纳米颗粒的添加量增多（0.5g/L-1g/L),甘油溶液导热系数增大;甘油浓度从10%升高到50%时,纳米低温保护剂导热系数增加率也随之提高,从0.4%提高到6.8%;纳米低温保护剂导热系数随温度降低而减小,当温度低于260K后,纳米颗粒对保护剂导热系数几乎无影响。建议应用在解冻和复温过程中。     

3ω法测量流体的导热系数

3ω法已成功应用于体态、薄膜等材料导热系数的测量,但还很少应用于流体领域。由于3ω法具有良好的测试性能,为此尝试将此法用于流体导热系数的测量。自行研制了流体导热系数的测量装置,采用锁相放大器获取3ω电压与频率的关系,并借助最小二乘法,算出待测试样的导热系数。通过对10#变压器油和去离子水等流体试样的测量,实验误差控制在5%之内,表明本实验具有一定的可行性。     

MgO nanofluids: higher thermal conductivity and lower viscosity among ethylene glycol-based nanofluids containing oxide nanoparticles

Five kinds of oxides, including MgO, TiO₂, ZnO, Al₂O₃ and SiO₂ nanoparticles were selected as additives and ethylene glycol (EG) was used as base fluid to prepare stable nanofluids. Thermal transport property investigation demonstrated substantial increments in the thermal conductivity and viscosity of all these nanofluids with oxide nanoparticle addition in EG. Among all the studied nanofluids, MgO–EG nanofluid was found to have superior features, with the highest thermal conductivity and lowest viscosity. The thermal conductivity enhancement ratio of MgO–EG nanofluid increases nonlinearly with the volume fraction of nanoparticles. In the experimental temperature range of 10–60°C, thermal conductivity enhancement ratio of MgO–EG nanofluids appears to have a weak dependence on the temperature. Viscosity measurements showed that MgO–EG nanofluids demonstrated Newtonian rheological behaviour, and the viscosity significantly decreases with the temperature. The thermal conductivity and viscosity increments of the nanofluids are much higher than the corresponding values predicted by the existing classical models for the solid–liquid mixture.     

磁场中磁性纳米流体热导率的研究

进行了提高磁场中含四氧化三铁(Fe3O4)纳米磁性颗粒机油(磁性纳米流体)热导率的研究。在有或无超声波辅助的条件下,采用共沉淀法合成了不同粒度的Fe3O4磁性纳米颗粒,采用一种热常数分析仪对该磁性纳米流体的热导率进行了测定,探讨了纳米磁性颗粒粒度、体积分数以及背景磁场对磁性纳米流体导热性能的影响。实验结果表明,在外磁场中,磁性纳米流体所含Fe3O4纳米颗粒的体积分数越大,磁性颗粒粒度越小,磁性纳米流体的热导率越高;当磁场方向平行于温度梯度时更有利于提高磁性纳米流体的热导率。     

石墨烯纳米流体研究进展

润滑与冷却是当前工业领域两个重要的议题。前者与机械装置、零部件的使用可靠性和寿命直接相关,对减少摩擦产生的能耗具有重大意义,而后者对于高功率密度器件的热管理至关重要。二者的结合在航空航天、汽车机械等领域广泛存在,而纳米流体是一种很好的承载二者的工作介质。本文针对石墨烯纳米流体这一热点,综述了石墨烯纳米流体的分散理论基础与方法,对影响石墨烯纳米流体悬浮稳定性因素进行了调研,归纳总结了纳米流体的导热机理、影响因素以及石墨烯纳米流体进展,分析了纳米流体未实现大面积应用的主要原因,同时对石墨烯作为添加剂应用于润滑领域的进展进行了评述。最终提出石墨烯纳米流体协同增强换热与减磨润滑的应用设计。在航天器等应用领域中,由于对石墨烯纳米流体的力热耦合综合性能缺乏广泛研究,以及航天器稳定性和长期运行可靠性等问题,未来的研究应以航天传热工质为基础,进行纳米粒子针对性设计,通过系统开展基于空间环境动态流动换热性能与回路寿命的研究,为未来实现纳米流体的航天器应用奠定理论基础和提供技术支撑。     

热传导聚合物基复合材料的研究进展

本文主要介绍了聚合物基复合材料的导热机理 ,以及预测二相体系复合材料热导率的理论模型方程。同时介绍了聚合物基导热材料的 3种类型及其具体应用 ,并提出聚合物基导热材料现阶段值得开发的课题和研究方向     

基于纳米颗粒小尺度效应的纳米流体有效热导率模型

通过分析基于纳米颗粒小尺度效应的纳米流体热流传递的机理,建立纳米流体有效热导率的预测模型。将本模型与实验数据及经典模型对比,发现在常温下本模型和经典模型计算值均能较好地预测纳米流体的热导率,但在温度较高时本模型与实验值更接近,表明其更适用于计算不同温度下纳米流体的热导率。在此基础上,讨论了温度、纳米颗粒体积浓度和粒径对纳米流体热导率的影响,以及在不同温度下纳米颗粒及基液两者对增大纳米流体热导率的贡献。     

Enhanced electrical and thermal conductivity of modified poly(acrylonitrile-co-butadiene)-based nanofluid containing functional carbon black-graphene oxide

Solution refluxing and high-pressure homogenization technique were reported for synthesizing nanofluids based on modified poly(acrylonitrile-co-butadiene) (M-PANB) as base fluid and carbon black (CB)/carbon black-graphene oxide (CB-GO) as filler. The physiochemical properties were studied to analyze the structure, morphology, thermal and electrical conductivity. FTIR analysis corroborated the structure of CB-GO nanobifiller and nanocomposite. Microstructure analysis of M-PANB/CB-GO revealed good dispersion of CB-GO nanosheets, while CB series showed granular distribution. XRD studies confirmed amorphous structure of M-PANB/CB-GO nanocomposite. Thermal conductivity of nanofluid was found to increase upto 1.41 W/mK for 10 wt.% CB-GO loading and electrical conductivity was increased to 2.5 × 10^?3 Scm^?1.     

Comments on the measurement of thermal conductivity and presentation of a thermal conductivity integral method

A discussion is presented regarding the significance of the spatial temperature gradient approximation normally used in thermal conductivity measurement. Examples are presented illustrating the magnitude of temperature differences allowed for conductivity integral (TCI) method of analysis is presented as an alternative method which totally eliminates the need to impose temperature difference restrictions on the measurement process, so long as other errors, such as radiative heat losses, do not become excessive.     

探针法测量低温下猪主动脉导热系数研究

低温下导热系数测定对生物器官的低温保存、低温外科医学及数值模拟计算至关重要.在分析探针法测量原理的基础上,用探针法对低温下猪主动脉的导热系数进行了测量研究.实验表明探针在用甘油和蒸馏水进行标定后,可以方便准确地测量-90～-35℃温区下猪主动脉的导热系数.     

Cu-水纳米流体的分散行为及导热性能研究

通过测定Cu-水纳米悬浮液的Zeta电位和吸光度,采用Hotdisk热物性分析仪测量了其导热系数,探讨了不同pH值和分散剂浓度对Cu-水纳米悬浮液分散稳定性和导热性能的影响.结果表明,pH值和分散剂加入量是影响Cu-水纳米悬浮液分散稳定和导热系数的重要因素.最优化的pH值和分散剂加入量能显著提高水溶液中Cu表面Zeta电位绝对值,增大了颗粒间静电排斥力,悬浮液分散稳定性较好,导热系数较高.从分散稳定和导热系数提高两个方面来考虑,pH=9.5左右被选为最优化值,在0.1%Cu-H2O纳米流体中,0.07%SDBS被选为最优化浓度.另外,Cu-水纳米流体的导热系数随纳米粒子质量分数的增大而增大,呈非线性关系,且比现有理论(Hamilton-Crosser模型)预测值大.     

高导热炭材料的研究进展

炭材料具有高热导率、低密度、优异的机械性能,是近年来最具发展前景的一类散热材料.本文结合炭材料结构和传导机理主要介绍目前国内外在提高炭材料热导率方面的研究工作及发展趋势.